纳米SiO_2疏水改性研究及应用进展
溶胶SiO_2改性高度支化水性聚氨酯的研究
注［川， 但是 水性 聚氨 酯 因为 以水 为分 散介 质 ， 膜后 相对分 子质 量较 低 、 成 主链 多 为线 性 结构 并 含有 一定 的亲水 基 ， 成膜后 往 往 表 现 ｝ 耐 水 性 、 Ｈ 耐醇 性 和耐 热 性 不 理 想 ， 其 在 某 些 特 定 领 域 的 应 用 受 到 限 使 制 ． 在水 性 聚氨酯 结构 巾引入 超支 化结 构 可 以使 水性 聚 氨 酯涂 膜 具 有 较好 的耐 水性 ． 是超 支 化 但
关键 词 水件 聚氯 酯 ； 度 支 化 ； 胶 Ｓ（ ； 性 ； 能 高 溶 ｉ２改 ） 性 （６ １ ２ ）３ ． 文献标志码 Ａ
中 图分 类 号
聚氨酯 以其耐 磨擦 、 耐低 温 、 高弹性 等优 异性 能在 涂 料 、 革 、 皮 胶粘 剂 等 领域 得 到 ＿ ｒ广泛 的应 用． 随 着 环保 法 规的完善 和环 保意识 的增 强 ， 以水代 替有 机溶 剂 作 为 分散 介 质 的 水性 聚 氨酯 材 料逐 渐受 到关
文 章 编 号 ：０ ０— ３ ５ ２ １ ） １ ０ ８ ０ １ ０ ２ ７ （ ０ １ ０ ０ ０— ４
溶 胶 ＳＯ２ 性 高 度 支 化 水 性 聚 氨 酯 的研 究 ｉ 改
朱威 ， 超群 ， 杨 胡蝶
（ 北 大 学 材 料 科 学 与 程 学 院 ， 湖 湖北 武 汉 ４ ０ ６ ） ３ ０ ２
２ ２二羟 基 丙峻 （ ， ＤＭＰ ： Ａ）化学 纯 ， ｝ 前 ６ 使 ｊ ０℃真 空 干燥 ２ ； 醚胺 Ｔ ０ （ ＿ ｝ ４ｈ 聚 ４ ３ ＡＴＡ， 子 量 为 ４ Ｏ ： 分 ４ ）
分 析纯 ； 月桂酸 二丁 基锡 （ Ｂ ＤＩ ： 学 纯 ； 二 Ｄ Ｔ 化 ） 异丙 醇 （Ｐ ， 析 纯 ； Ｉ Ａ） 分 四氢 ． （ Ｊ ＴＨＦ） 分 析纯 ， Ａ 型 夫哺 ： ４ 分 子筛浸 泡 ２ｄ后 使 用 ； 基 吡 咯 烷酮 （ Ｎ ＮＭＰ） 分 析 纯 ， Ａ 型 分 子筛 浸 泡 ２ｄ后 减压 蒸 馏 ； 乙胺 ： ｄ ｊ （ 卜 ： 析纯 ，Ａ 型分 子筛浸 泡 ２ｄ后使用 ； Ｔ＝ 分 Ａ） ４ 溶胶 Ｓ（ ， 海 和氏擘 化丁 有 限公 司 ， ｉ 上 ） 粒径 ４ ｍ． ５ｎ １ ２ 测试 仪器 ． Ｆ ～ ＴＩ Ｒ光 谱 『美 罔 Ｐ ｒ ｉ— ｌ ｒ 司 生产 的 Ｓ ｅｔｕ ｎ ｛ ＿ ＝ Ｉ ｅｋｎＥ ｅ 公 ｍｅ ｐ ｃｒ ｍ ｏ ｅ型傅 立 叶 变换 红 外光 谱
纳米SiO_2改性氯醚树脂防腐涂料的研制
在图 １中，深色颗粒为纳米 Ｓ０￣ 粒 ，包覆在 其表 面 ｉ２ 的浅色部分 为硅烷偶联 剂 Ｋ ５ ０ Ｈ ７ ，由图可 以看 出 ，Ｋ ５ ０ Ｈ ７ 较好的包覆在纳 米 ＳＯ颗粒表面。 ２ 改性后 的纳米 ＳＯ ｉ 图 是 ｉ
从表 ２可以看出 ，纳米 Ｓ０ 的引入并未对涂层的机械 １ 性能产生明显的影响。随着纳米 ＳＯ添加量 的增加 ，涂料 ｉ 的黏度不断变大 ， 这是 由于纳米 ＳＯ 易形成空 间网状结构 ， ｉ
分散 ２ 。最后 用混合溶剂调节涂料的黏度至 ８ ～１ ０ 况 。 ～３ｈ ０ ０
ｓ （ ４杯） 涂一 ，即得涂料制品。
２ 结 果 与 讨 论
表 １涂 料 配方
原 料 氯 醚 树 脂 纳 米 ＳＯ ｉｚ 云 母 氧 化 铁 灰
２１ 纳米 ＳＯｚ ． ｊ 添加 量对 涂层 性 能的影 响
１ ９ 、Ｇ ／ ６—１ ９ 和 Ｇ厂 ２ ４ ｌ ８ １ ＢＴ１ ５ ７ ９ ８ ９ Ｂ『９ ７一 ８对涂料的防 ９ 腐性 能进 行了测试 。实验仪器 ：Ｙ一 ０ ｗ １ ２型气流 式盐雾腐 ８ 蚀试 验箱 ，Ａ — Ｕ 型紫外老化箱。 Ｈ ＱＶ 样板 制备 一样板按照 Ｇ ／ ７— １ ９ ＢＴ ｌ ２ ２漆膜 的一般 制 ７ ９
图 １Ｋ ５ ０改・ Ｈ７ 陛纳米 ＳＯ 颗粒 ｉ
１ ９ ，Ｇ 丌 １ ３ 一１ ９ 进行测试。 ３ Ｂ Ｏ ３ ９ ７ ９
１４２ 防腐 性 能 的 测 试 ．．
本实验采 用国内外应 用广泛 的盐雾试验、人工加速 老
化测试及 耐液 体介质 试验 ，参 照 国家标准 Ｇ ／ ７ — ＢＴ １ １ ７
复合铁钛防锈颜料 氧化铁红 金红石型钛 白粉
消 泡 齐 Ｚ Ｈ ３ ５ Ｂ一 ０Ｂ 流 平 剂 Ｄ － Ｔ １ Ｙ Ｅ１ Ａ ０
纳米二氧化硅的研究现状与进展
纳米二氧化硅的研究现状与进展作者：储艳兰张凯来源：《赤峰学院学报·自然科学版》 2013年第5期储艳兰1，张凯2（1.商丘师范学院实验室建设与实验设备管理处；2.商丘师范学院生命科学学院，河南商丘 476000）摘要：通过对纳米二氧化硅制备技术、制备方法、在各领域表现的优越性和特异性的分析对纳米二氧化硅的研究现状与进展进行探讨分析并进一步探究其发展前景.得出纳米二氧化硅无毒、无味、无污染，具有表面能高及其吸附能力强等特异性优点, 是优质的稳定剂和融合剂.在电子、光学、生化科学等都有着广泛的应用.关键词：纳米二氧化硅；性质；制备；改性；应用中图分类号：TQ323.4 文献标识码：A 文章编号：1673-260X（2013）03-0122-02纳米二氧化硅属于无机非金属纳米材料，其粒径大小在1—100nm[1]之间，具有吸附性强、可塑性良好、同时具有高磁阻性和低热导性等特性，已被广泛应用于电子冶金、航空航天以及医药卫生行业.且因其粒径小、化学纯度高、分散性好等特异性优势，使得其成为了最有发展前景的新型无机材料，为很多相关行业的发展提供了优质材料基础以及技术保障.其所具有的广阔的商业前景和经济价值，其制备、提纯、化学反应、以及性质应用等方面已成为了科学研究的热点.本文通过对纳米二氧化硅制备技术、制备方法、在各领域表现的优越性和特异性的分析进一步探究其发展前景、改性机理和措施，进行了初步分析和探讨，具体如下：1 纳米二氧化硅的性质纳米二氧化硅是纳米材料中的重要一员，是一种外形为白色无定型粉末,无毒、无味、无污染的非金属材料，其微结构呈絮状或网状的准颗粒结构，为球形.这种特殊的结构使它具有独特的性质：纳米二氧化硅对波长490nm以内的紫外线反射率高达70%～80%[2]，将其添加在高分子材料中，可以达到抗紫外线老化和热老化的目的.纳米二氧化硅的小尺寸效应和宏观量子隧道效应使其产生淤渗作用，可深入到高分子链的不饱和键附近，并和不饱和键的电子云发生作用，改善高分子材料的热、光稳定性和化学稳定性，从而提高产品的抗老化性和耐化学性[3].而且其不但具有粒径小、化学纯度高、分散性好等特异性优势.还具有吸附性强、可塑性良好、同时具有高磁阻性和低热导性的优势.2 纳米二氧化硅的制备制备二氧化硅的工艺分为干法和湿法两大类.干法制备的特点是其产品纯度高,而且性能相对较好,但是其所需设备要求高投资成本大、而且在生产实践过程中能耗大.湿法制备应用要求较低，所需原料普遍且价格低廉，所生产产品纯度虽然比干法制备的低，但经一系列的化学反应改性后，性能与炭黑接近.无论是采用干法制备还是湿法制备我们所要达到的目的是生产出纯度高、颗粒小、分散性好的纳米二氧化硅产品.2.1 干法制备纳米二氧化硅干法制备纳米二氧化硅的原料通常使用无机硅或者卤硅烷、氧气(或空气)和氢气,经高温反应进行制备，得到的是二氧化硅溶胶.本次研究我们采用SiCl4、CH3SiCl3做为例子,反应式为:SiCl4+2H2+02→Si02+4HCl2CH3SiCl3+502+2H2→2Si02+6HCl+2C02+2H20这也是干法中常用的原料，通常还可以采用硅砂、焦炭电孤加热的方法、有机硅化合物热分解法等等.主要的制备工艺流程为:将以上有机硅化合物与空气、氢气进行充分混合后,在高温情况下水解,水解完全后再进行分离,将大的凝焦颗粒分离出来,脱酸得到气相的二氧化硅,反应式为:2H2+O2+硅化合物→气相SiO2+4H+2.2 湿法制备纳米二氧化硅湿法制备纳米SiO2一般分为沉淀法[4]、凝胶法以及水解法.生产中最常使用的方法是沉淀法.沉淀法即湿法，是可溶性硅酸盐在酸性环境中被分解，所得产物中二氧化硅不溶.化学反应式为：NaSiO3+2HX—SiO2+2NaX+H2O在湿法制备工艺中还有溶胶―凝胶法.该方法是把硅酸酯、无水乙醇按照计算的摩尔比充分均匀混合制成混合溶液，在搅拌的同时缓慢注入一定量的去离子水后,调节pH值,加入表面活性剂,室温下搅拌/陈化制得凝胶,经干燥得到纳米二氧化硅粉体.有相关研究表明正硅酸乙酯使用碱做催化剂进行水解聚合反应所制备的纳米二氧化硅能在常温下快速反应，简单易行且所得产品粒径小分布均匀[5].随着纳米二氧化硅在各个行业的广泛应用，其研究和制备方法的更新正日益发展，故此新的合成手段和材料也将不断的涌现出来.3 纳米二氧化硅的改性做为新型无机非金属材料纳米二氧化硅的表面表现为亲水性,根据相似相溶原理，导致其与无机物配合时兼容性好，与有机物配合时表现差.当其与有机物混合时配合率低、难分散.为了增强其与有机物的兼容性，故对其进行表面改性.对纳米二氧化硅的表面改性主要分为热处理方法和化学改性两种.二氧化硅的表面改性对其表面的羟基进行处理，使其发生反应以减少纳米二氧化硅表面的亲水基团硅醇基的量,使其由亲水为主变为疏水为主[7].3.1 热处理改性做为纳米二氧化硅表面改性的主要手段之一，经过热处理后二氧化硅的表面亲水性降低，吸湿能力下降，与其他无机亲水性物质兼容性也会下降，与有机物的兼容性增强，混合后分散性增强.此方法的应用较为简便且花费少经济.但是其对改善填充时界面的粘合性效果不好，因为经过高温加热由氢键缔合的相邻羟基发生分子内脱水使的羟基减少.因此在实际应用中,常用含锌化合物对纳米二氧化硅处理后在进行热处理.3.2 化学改性为有效提高聚合物亲和性以及反应活性,常常对纳米二氧化硅表面进行处理,由于其表面存在的活性硅醇基能与有机硅烷或者低碳醇、脂肪酸等有机物反应,所产生基团具有多亲油性，可以提高亲和性和表面活性.4 纳米二氧化硅的应用由于纳米二氧化硅具有吸附性强、可塑性良好、同时具有高磁阻性和低热导性.已被广泛应用于电子冶金、航空航天以及医药卫生行业.而且因为其粒径小、化学纯度高、分散性好等特异性优势，使得其成为了最有发展前景的新型无机材料.为很多相关行业的发展提供了优质材料基础以及技术保障.其微结构为球形以絮状或网状的准颗粒状，外形为白色无定型粉末, 无毒、无味、无污染.它具有光学性能、抗老化性、耐化学腐蚀等化学特性.而且其具有粒径小、化学纯度高、分散性好等特异性优势.其还具有吸附性强、可塑性良好、同时具有高磁阻性和低热导性的优势.4.1 纳米二氧化硅应用于抗菌领域纳米二氧化硅具有很好的生理惰性、吸附性强、可塑性良好,抗老化性、耐化学腐蚀等化学特性.无毒、无味、无污染.因此在杀菌剂制备时可用作载体.将纳米抗菌粉应用于搪瓷釉料中，可生产出能够高效防霉、抗菌的洗衣机.如将纳米抗菌粉与内墙涂料混合使用，可起到长久抗菌防霉功效[8].时代在进步，人们的健康意识不断增强，因此纳米抗菌粉将在医疗卫生、建材、家电、化工纤维以及塑料制品等行业日益发展壮大.4.2 纳米二氧化硅应用于光学领域纳米二氧化硅作为新型光纤材料能有效降低能量损耗.经过热处理后的纳米二氧化硅光纤材料对光的波长在600纳米以上的传输损耗小于10dB／km.纳米微粒的膜材料在灯泡工业上有很好的应用前景.用纳米二氧化硅微粒制成的多层干涉膜，衬在灯泡罩的内壁，不但有好的透光率同时具有很强的红外线反射能力.与传统使用的卤素灯相比，其使用寿命更长，发光的效率也更高.5 结论随着社会、科技的发展，纳米二氧化硅应用领域的不断扩大，新的制备纳米二氧化硅的方法日益增加.目前全球对纳米二氧化硅的生产制备仍处于初级阶段，有许多类似于纳米二氧化硅的团聚问题、分散均匀问题、成本降低问题等等需要进一步解决.故此寻找更合理更经济的制备纳米二氧化硅的方法对于科技的发展和应用价值的提高有着重要的意义.人们虽然在很多领域开始应用纳米二氧化硅，但是由于其性质、纯度等特性其应用领域的开放还会进一步扩大.总之，在纳米二氧化硅研究方面我国科学家已取得很大进展和成果，根据其特性也将在未来的科技发展中得到更好的应用和开发.参考文献：〔1〕罗花娟,赵彦保.中空SiO2纳米微球的制备与表征[J].化学研究,2010(06).〔2〕李新勇,王玉新,鞠晓东，等.量子限域纳米半导体上低碳烷烃的光助催化氧化[J].渤海大学学报(自然科学版),2006(03).〔3〕陈丽娟.纳米材料修饰电极在电化学分析中的应用研究进展[J].化学研究,2010(05).〔4〕韩静香,余利娟,翟立新，等.化学沉淀法制备纳米二氧化硅[J].硅酸盐通报,2010(03).〔5〕张淑云.无水二氧化硅的制造方法[J].无机盐工业,1993,(03).〔6〕赵丽,余家国,程蓓，等.单分散二氧化硅球形颗粒的制备与形成机理[J].化学学报,2003(04).〔7〕刘萍,李新勇,方宁，等.TiO2纳米管的改性及光助催化性能研究[J].渤海大学学报(自然科学版),2006(03).〔8〕刘新云.纳米材料的应用前景及研究进展[J].安徽化工,2002(05).。
改性SiO2水溶胶在棉织物超疏水整理中的应用
改性SiO2水溶胶在棉织物超疏水整理中的应用庄伟;徐丽慧;徐壁;赵亚萍;蔡再生【摘要】Modified SiO2 hydrosol was prepared by water-based sol-gel method using methyltrime-thoxysilane ( MTMOS) as the precursor, hexadecyltrimethoxysilane ( HDTMS ) as a hydrophobic additive, and ammonia as a catalyst, in the presence of anionic surfactant sodium dodecyl benzenesulfonate ( SDBS). Superhydrophobic cotton fabrics were successfully obtained by dip-coating the modified SiO2 hydrosol. By controlling ammonia amount and surfactant concentration, the modified SiO2 hydrosols with different particle sizes and particle size distributions were prepared. The effect of the SiO2 nanoparticle size and distribution on the water-repellent property of the treated cotton fabrics was discussed. The treated cotton fabrics were characterized by scanning electron microscopy (SEM) , atomic force microscopy ( AFM ) , and X-ray photoelectron spectroscopy ( XPS). The results showed that the modified SiO2 nanoparticles had been coated onto the cotton fiber surface, resulting in lowerd surface energy and increased surface roughness. The testing of water-repellent property of the treated cotton fabrics demonstrated that the water contact angle and water sliding angle of the treated fabric were 152. 1° for a 5μL droplet and 8° for a 15μL droplet, respectively, and the spray rating was 100, thus realizing superhydrophobicity. The physical and mechanical properties measurement of the treated fabrics showed little change except thepermeability lowered slightly compared with untreated ones.%采用溶胶-凝胶法,以甲基三甲氧基硅烷为前驱体,氨水为催化剂,十六烷基三甲氧基硅烷为添加剂,在表面活性剂十二烷基苯磺酸钠作用下制备了改性纳米SiO2水溶胶,并将其成功应用于棉织物的超疏水整理.通过控制氨水用量和表面活性剂浓度,制备不同颗粒尺寸及粒径分布的改性SiO2水溶胶,讨论溶胶粒径大小及分布对棉织物拒水性的影响.采用扫描电镜、原子力显微镜、X射线光电子能谱仪对整理后棉织物进行测试,结果表明,改性SiO2水溶胶沉积在棉织物表面,降低了织物表面能,并明显提高了棉织物的表面粗糙度.拒水性能测试表明,整理后棉织物与水的接触角(5 μL)达到152.1°,滚动角(15μL)为8°,沾水等级为100,达到超疏水效果.整理后棉织物物理力学性能变化不大,但透气性略有下降.【期刊名称】《纺织学报》【年(卷),期】2011(032)009【总页数】6页(P89-94)【关键词】改性SiO2水溶胶;溶胶-凝胶法;棉织物;超疏水【作者】庄伟;徐丽慧;徐壁;赵亚萍;蔡再生【作者单位】东华大学生态纺织教育部重点实验室,上海201620;东华大学生态纺织教育部重点实验室,上海201620;东华大学生态纺织教育部重点实验室,上海201620;东华大学生态纺织教育部重点实验室,上海201620;东华大学生态纺织教育部重点实验室,上海201620【正文语种】中文【中图分类】TS195.57超疏水表面通常是指与水的接触角大于150°的表面，在科学研究、工农业生产、日常生活等诸多领域有着极广泛的应用前景。
亲水性和疏水性聚合物对纳米SiO2的表面改性,无机化学论文
亲水性和疏水性聚合物对纳米SiO2的表面改性,无机化学论文 近年来,随着纳米技术的不断发展,纳米材料在传感、生物医学、成像和药物输送等方面有广泛的应用。
而纳米SiO2是目前应用最广泛的无机非金属纳米材料之一。
纳米SiO2表面存在不同键合的羟基,主要有三种形式:(1)孤立硅羟基 (Isolated silanols);(2)连生缔合硅羟基 (Vicinal silanols);(3)双生硅羟基(Geminal silanols)。
这些基团具有强烈的吸水性,极易发生团聚。
同时纳米SiO2粒子比表面积大、表面能高、处于热力学非稳定状态,因而具有较高的反应活性,所以在有机相中难以润湿和均匀分散,因此限制了纳米SiO2的实际应用。
为解决纳米SiO2的分散性和与聚合物、有机介质的相容性问题,必须对其表面进行改性。
纳米SiO2表面改性的方法主要有两种:(1)表面物理改性,即通过吸附、涂覆、包覆等物理作用对纳米SiO2进行表面改性;(2)表面化学改性,即通过纳米SiO2表面的羟基与改性剂之间进行化学反应,改变纳米SiO2的表面结构和状态来达到改性的目的,主要有三种方法———酯化法、偶联剂法和表面接枝聚合法。
通过不同的表面化学改性方法合成SiO2/聚合物复合材料,这类复合材料将无机纳米SiO2的光学、电学、力学性能和热稳定性能等与聚合物的易成膜、化学活性和加工性等优异性能结合起来,为新材料的发展提供了一种新途径,所以是材料领域中一个备受关注的研究课题。
本文综述了近几年亲水性、疏水性和两亲性聚合物对纳米SiO2的表面化学改性以及获得的研究进展。
纳米SiO2表面因含有大量未形成氢键的孤立、双生硅羟基,这也就为聚合物对其改性提供了改性条件。
根据分子结构和极性,可将改性聚合物分为三类:(1)亲水性聚合物,如聚氧乙烯甲基丙烯酸酯(POEM)、聚乙二醇(PEG)、聚甲基丙烯酸(PMAA)、聚丙烯酰胺(PAM)等;(2)疏水性聚合物,如聚苯乙烯(PSt)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等;(3)两亲性聚合物,如含有季铵基的聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯即P(DMAEMA-Q)、聚(偏二氟乙烯-共聚-三氟氯乙烯)接枝聚(4-苯乙烯磺酸-共聚-3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷)即P(VDF-co-CTFE)-g-P(SSA-co-MPS)和聚苯乙烯-聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(PSt-PGMA)等。
SiO_(2)纳米流体在低渗透油藏中的驱油性能和注入参数优化
第38卷第1期2021年3月25日油田化学Oilfield ChemistryVol.38No.125Mar，2021目前，常规的中高渗透油田已进入开发末期，低渗油藏成为油田开发关注的重点［1—4］。
我国低渗透油气资源储量丰富，但低渗透油藏孔隙喉道狭窄、渗流能力差［5—6］，在中高渗油藏驱油效果显著的复合驱体系因难以注入地层而无法用于低渗透油藏。
我国低渗透油藏以注水开发为主，存在注入压力高、驱油效果差等问题［6—9］，因此需要探索低渗透油藏提高采收率的方法。
随着纳米技术的出现，纳米流体被应用于油田开发。
实验研究表明，纳米颗粒可以降低油水界面张力、乳化原油、改善润湿性、产生楔形渗透等作用，在低渗透油藏中使用纳米流体可以提高采收率［10—18］。
在众多纳米颗粒中，SiO2纳米颗粒具有易于改性、方便获取、纯度较高、价格低廉的优势，具备大规模生产应用的潜力。
SiO2纳米颗粒用于提高采收率的报道较多，SiO2纳米流体被证实可以提高采收率［15—20］。
尽管如此，在诸多报道中仅指出SiO2纳米流体可以用于提高采收率，未见对SiO2纳米流体注入参数的研究。
而实际上SiO2纳米流体的注入速率、注入量以及SiO2纳米颗粒浓度等注入参数对提高采收率均有较大影响，有必要对注入参数进行研究。
基于此，本文采用实验室自制的具有一定疏水性能的SiO2纳米颗粒，评价了SiO2纳米流体的稳定性和改善界面张力的效果，从含水率变化、压力变化、提高采收率三个方面对SiO2纳米流体驱油效果进行了评价，研究了注入量、注入速率、纳米颗粒浓度对提高采收率的影响，并优化了注入参数。
1实验部分1.1材料与仪器氨水、正硅酸乙酯、烷基酚聚氧乙烯醚，分析纯，上海麦克林生化科技有限公司；模拟地层水，实文章编号：1000-4092（2021）01-137-06SiO2纳米流体在低渗透油藏中的驱油性能和注入参数优化*尚丹森1，2，侯吉瑞1，2，程婷婷1，2（1.中国石油大学（北京）非常规油气科学技术研究院，北京102249；2.中国石油三次采油重点实验室低渗透油田提高采收率应用基础理论研究室，北京102249）摘要：为研究纳米流体在低渗油藏中的驱油性能，采用实验室自主研发的具有一定疏水性的SiO2纳米颗粒，研究了SiO2纳米流体的稳定性及其对界面张力的影响，并通过低渗岩心驱替实验评价了SiO2纳米流体的驱油性能，优化了该纳米流体的注入参数。
改性SiO_2水溶胶在棉织物超疏水整理中的应用
面 活性 剂 十 二 烷 基 苯 磺 酸 钠 作 用 下 制 备 了 改性 纳 米 ＳＯ 水 溶胶 ， 将 其 成 功 应用 于 棉 织 物 的 超 疏 水 整 理 。通 过 控 ｉ 并 制 氨水 用量 和 表 面 活 性 剂 浓 度 ， 制备 不 同 颗 粒 尺 寸 及 粒 径 分 布 的 改 性 ＳＯ ｉ 水 溶 胶 ， 论 溶 胶 粒 径 大 小 及 分 布 对 棉 讨 织 物拒 水性 的 影 响 。 采 用 扫 描 电镜 、 子 力 显 微 镜 、 射 线 光 电子 能 谱 仪 对 整 理 后 棉 织 物 进 行 测 试 ， 果 表 明 ， 原 ｘ 结 改
ｔｏｙｉ ｎ Ｍ ＭＯ ａ ｔｅ ｒｃｒ ｒ ｅａ ｅｙｔｍ ｔｏｙｉ ｎ （Ｈ Ｔ ｈｘ ｓａ ｅ （ Ｔ Ｓ） ｓ ｈ ｐｅｕｓ ， ｘ ｄ ｃｌｉ ｅ ｘ ｓａ ｅ ｌ ｏ ｈ ｒ ｈ ｌ Ｄ ＭＳ） ａ ｈｄｏ ｈ ｂ ｓ ａ ｙ ｒｐ ｏ ｉ ｃ
ａ ｉｖ ｄｄｔ ｅ， ａ ｄ ａ ｉ ｎ ｍｍ ｏ ｉ ａ ａ ｃ ｔ ｌｓ ， ｉ ｔ ｅ ｐ ｅ ｅ ｃ ｏ ａ ｉ ｎ ｃ ｓ ｒａ ｔ ｎ ｓ ｄｕｍ ｄ ｄ ｃ ｌ ｎａ ｓ ａａｙ ｔ ｎ ｈ ｒｓ ｎ ｅ ｆ ｎ ｏ ｉ ｕ ｆ ｃａ ｔ ｏ ｉ ｏ ｅ ｙ
第３ ２卷
第 ９期
纺
织 学 报
Ｖｏ． １３２． Ｎｏ ９ ． Ｓ ｐ．，２ ｅ ０１１
２ １ 年 ９月 ０１
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｅ ｔ ｅ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｒ ａ ｆＴ ｘｉ ｓ ａｃ ｌ
文 章 编 号 ：２ ３ ９ ２ （ ０ １ ０ — ０ ９ ０ ０ ５ —７ １ ２ １ ）９ ０ ８ —６
文 献 标 志 码 ： Ａ
中 图 分 类 号 ：Ｓ１５ ５ Ｔ ９ ． ７
纳米sio_2基复合隔热材料
纳米sio_2基复合隔热材料纳米SiO2基复合隔热材料是一种新型的隔热材料，具有优异的隔热性能和广泛的应用前景。
本文将从材料的结构、制备方法、性能及应用等方面进行介绍，以揭示纳米SiO2基复合隔热材料的独特之处。
一、材料的结构纳米SiO2基复合隔热材料的主要成分是纳米二氧化硅（SiO2），其具有纳米级的颗粒尺寸和较大的比表面积。
此外，复合材料中还包含有机高分子材料或无机纳米颗粒等辅助成分。
这些成分通过一定的制备工艺，形成具有多孔结构的材料体系，从而实现优异的隔热性能。
二、制备方法纳米SiO2基复合隔热材料的制备方法多种多样，常见的包括溶胶-凝胶法、热交联法、共混法等。
其中，溶胶-凝胶法是一种常用的制备方法。
通过选择适当的硅源和溶剂，经过溶胶的形成、凝胶的生成和干燥等步骤，得到纳米SiO2基复合隔热材料。
三、性能特点纳米SiO2基复合隔热材料具有许多独特的性能特点。
首先，它具有优异的隔热性能，其导热系数远低于传统隔热材料，可以有效地减少热量的传导。
其次，纳米SiO2基复合隔热材料还具有良好的抗火性能和化学稳定性，能够在高温和腐蚀环境下长期稳定工作。
此外，该材料还具有轻质、柔软、易加工等特点，便于制备成各种形状和尺寸的隔热制品。
四、应用领域纳米SiO2基复合隔热材料在建筑、航空航天、汽车、电子等领域具有广泛的应用前景。
在建筑领域，它可以用于墙体、屋顶、地板等部位的隔热保温，提高建筑的能源利用效率。
在航空航天领域，纳米SiO2基复合隔热材料可以用于航天器的隔热保护，确保航天器在极端环境下的正常工作。
在汽车领域，该材料可以用于车身、发动机舱等部位的隔热降噪，提升汽车的驾乘舒适性。
在电子领域，纳米SiO2基复合隔热材料可以用于电子器件的隔热散热，提高电子器件的稳定性和寿命。
纳米SiO2基复合隔热材料具有优异的隔热性能和广泛的应用前景。
随着科学技术的不断进步，该材料在各个领域中的应用将会越来越广泛，为人类提供更加舒适和可持续的生活环境。
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纳米SiO2疏水改性研究及应用进展王 倩1,刘 莉2,张 琴1(1 四川大学高分子科学与工程学院,成都610065;2 广州吉必时科技实业有限公司,广州510510) 摘要 由于与有机基体之间存在良好相容性,疏水纳米SiO2已成为一种广泛应用于有机材料中的重要无机纳米填料。
介绍了纳米SiO2疏水改性的原理方法,综述了纳米SiO2疏水改性最新研究进展及其在硅橡胶、涂料、塑料、化妆品等领域的应用情况,并对今后的研究发展提出了建议。
关键词 纳米SiO2 疏水 改性中图分类号:TQ424.26 文献标识码:BR esearch and Applications of H ydrophobic N ano SilicaWAN G Qian1,L IU Li2,ZHAN G Qin1(1 College of Polymer Science and Engineering,Sichuan University,Chengdu610065;2 Guangzhou G BS High2Tech&Industry Co.Ltd.,Guangzhou510510)Abstract For the fairly good compatibility with organic matrix,hydrophobic nano silica is now one of the most important inorganic nano fillers widely used in organic materials.The mechanism of hydrophobic modification of nano silica is introduced.The current research and applications in silicone rubbers,coatings,plastics and cosmetics,etc are summarized.Some advices for civil researchers are put forward.K ey w ords nano silica,hydrophobic,modification 纳米SiO2具有小尺寸效应、量子隧道效应、特殊光电性等特点,是一种无毒、化学稳定、耐高温的无机纳米填料,在橡胶、塑料、涂料、油墨、化妆品等领域有着重要应用[1]。
纳米SiO2的制备方法主要有气相法(Chemical vapor deposition)[2,3]、水解沉淀法(Hydrolysis2precipitation)[4～8]、溶胶2凝胶法(Sol2gel)[9]和微乳液法(Micro2emulsion)[10],其中气相法属于干法,其余方法属于湿法。
气相法与水解沉淀法是工业上纳米SiO2成熟的生产方法。
由于表面大量存在硅羟基,纳米SiO2在贮存和使用过程中易团聚,难分散,在有机基体中的分散性和浸润性尤其不好。
为改善和拓宽纳米SiO2的应用领域,必须设法减少其表面硅羟基数量浓度,使之由强亲水性转为一定程度的疏水性,从而与有机基体之间具有良好相容性。
疏水处理后的纳米SiO2具有明显的特点:既能通过疏水基团在有机相良好分散,又能通过硅羟基与有机相形成强相互作用,从而在本不相容的无机相与有机相之间建立稳固联系,达到补强目的[11]。
本文就纳米SiO2的疏水原理、国内外疏水纳米SiO2的研发现状及其在橡胶、涂料、塑料、化妆品等领域的应用研究现状进行分析介绍,以期对国内的研发与生产有所帮助。
1 疏水改性原理及方法纳米SiO2因为粒度极小,表面能极高,且表面有大量硅羟基,故极易团聚。
无论何种方法制备的纳米SiO2均含3种结构:①粒径仅十几纳米的原生粒子;②原生粒子相互粘接、缩聚而成的数百纳米大小的聚集体;③聚集体彼此依附而成的微米级的附聚体。
原生粒子由于极高的表面能和强烈的缩聚趋势,在成品纳米SiO2中基本不存在;靠微弱范德华力维系而存在的附聚体结构十分疏松,受外力作用很容易分散;而聚集体是原生粒子通过化学键结合在一起而成的具有一定强度的结构,不易破坏。
故一般认为聚集体是纳米SiO2在填充体系中最终能够保持的状态。
为解决纳米SiO2在贮存和使用过程中的分散问题,提高与有机基体之间的相容性,采用氯硅烷、硅氮烷、硅氧烷和醇等对其表面硅羟基进行部分或全面“屏蔽”,使之由亲水转为一定程度的疏水甚至完全疏水,同时达到抑制粒径增长、提高分散性的目的,此为疏水改性原理。
疏水改性方法分为两种:传统的成品疏水改性法(即对由干法或湿法制得的成品纳米SiO2进行疏水改性)和原位疏水改性法(即在纳米SiO2的制备过程中原位进行疏水改性)。
疏水改性处理的作用在于使纳米SiO2的表面结构和化学性质发生改变,既减少亲水硅羟基的数量,又通过疏水基在纳米SiO2表面形成空间位阻,从而阻止颗粒之间相邻硅羟基因缔合而形成结构紧凑的聚集体,达到控制粒度的目的。
成品疏水改性的对象是附聚体和聚集体,而原位疏水改性的对象则是初生成的原生粒子和正在生长中的聚集体,故一般认为原位疏水更有利于抑制聚集体增长、改善分散、控制粒度及粒度分布。
2 疏水改性研究进展粒径与表面性质是决定纳米SiO2应用性能的基本属性。
王倩:女,1975年生,博士生,工程师,主要从事纳米复合材料的研究 Tel:028********* E2mail:salicyl@1631com粒子尺寸或比表面反映粒径,表面性质则涉及表面基团(如羟基及其数量)、酸碱性和改性基团。
凡使粒子细微化、结构复杂化和表面活性化的疏水改性手段都有利于纳米SiO 2应用性能的优化。
2.1 添加电解质或表面活性剂Sung 2Soo Kim 等发现未使用添加剂时,TEOS 水解缩聚得到粒径35nm 至数百纳米的SiO 2,而加入单价电解质后,最小平均粒径可控制在17.5nm ,这是表面电导和双电层效应影响粒子表面电荷的缘故。
图1为TEOS 、水及氨浓度分别为0.224mol/L 、4.48mol/L 和0.448mol/L 时电解质对粒度的影响,当电解质浓度低于最佳用量时,粒子表面电荷的增加能抑制粒径增长;而超过最佳用量时,由于粒子电荷相互中和,反而会大大促进粒径增长;各电解质均存在最佳浓度,其中最适宜的电解质为NaI ,最不适宜电解质为CsCl (见图1)[9]。
图1 不同电解质对粒度的影响Fig.1 E ffect of different electrolyte additives on particle size 许莹等在硅酸钠水解沉淀生成SiO 2的过程中添加适量NaCl ,使原生粒子聚成沉淀,避免了凝胶化。
他们分析认为,硅酸钠溶液中含SiO 2负离子,加入分散剂NaCl 后引入的阳离子减弱了静电作用,在SiO 2周围形成一个扩散双电层,双电层外壳带正电的阳离子之间相互排挤力大于胶粒间的范德华吸引力时,能促进胶体溶液中水合SiO 2粒子互相分散呈稳定状态[12]。
图2 加了丙三醇的化学沉淀法SiO 2(a)、气相SiO 2(b)的粒度分布Fig.2 Size distributions of chemical precipitated silica withglycerol (a)and fumed silica(b)王琳等在湿法制备纳米SiO 2过程中以NaCl 为絮凝剂、三乙醇胺为表面活性剂,构筑了双电层和空间保护层,达到抑制团聚、降低二次结构粒径、提高分散度的目的[13]。
洪立福等在湿法制备纳米SiO 2的过程中,对比了应用非离子表面活性剂PEI 和丙三醇的分散效果,二者通过与纳米SiO 2表面羟基形成氢键增加表面位阻,起到改善分布的作用,但表面活性剂PEI 的效果反而不如丙三醇好,添加丙三醇可以得到比气相SiO 2粒度还要均匀、分布集中、分散好的疏水纳米SiO 2(见图2)[14]。
2.2 应用疏水剂王琳等发现原位改性可以抑制湿法生成SiO 2后期的团聚现象,使二次结构的粒径降低并且形状趋于球形,提高了分散性能[13]。
毋伟等分别采用TEOS 用量为0、12.5%、14.3%、16.7%、20%和25%的硅烷偶联剂原位疏水纳米SiO 2,证明12.5%时为最佳用量,平均粒度可降至47.5nm (见图3)。
这种原位疏水纳米SiO 2以纳米尺度分散于环氧树脂清漆、汽车阴极电泳漆中,所得无机/有机杂化材料表现出明显增强、增韧的纳米效应[15,16]。
图3 不同硅烷偶联剂用量所得SiO 2的TEM 照片Fig.3 TEM photos of SiO 2prepared with different coupling agent不同结构特点的疏水剂及不同用量的同种疏水剂赋予纳米SiO 2以不同的使用性能。
二甲基二氯硅烷(DMDCS )和六甲基二硅氮烷(HMDS )是目前最常用的疏水剂,但具有多聚合活性点的功能型疏水剂(如Degussa 公司生产的M TMO 、V TMO 、PMO 等)已成为目前研发和应用的新颖点,因为结构复杂化的纳米SiO 2能够在基体内形成网络结构,从而明显提高基体强度[11]。
疏水度的获得以损失一部分具有补强效果的硅羟基为代价,所以不同疏水率的纳米SiO 2适用于不同的领域,并使有机基体的力学、光学等性能达到不同的改性效果。
常用水悬浮测试法或C 含量测试法来表征疏水率的高低。
2.3 构筑微型反应器在微乳液法制备纳米SiO 2时,大量微细水滴被表面活性剂和表面活性助剂包围形成微型反应器,在其内进行纳米SiO 2粒子的缩聚成核与受限生长,从而使粒度及其分布在一定程度上得到有效控制。
孙少学等利用此法水解TEOS 得到40～80nm 的粒子[10]。
王玉琨等由Triton X 2100/正辛醇/环己烷/氨水的微乳液体系得到单分散纳米SiO 2[17]。
陈小泉等在由HNO 3/Span80+Tween60/环己烷的微乳体系中以无催化剂的酯化反应生成的痕量水来水解TEOS ,合成了110～550nm 的单分散酸性SiO 2[18]。
微乳液法是科研上制备100nm 以下SiO 2粒子的最可行方法,但不易实现工业化。
2.4 改变产品聚集态干燥后的纳米SiO 2因表面能极高,有强烈的缩聚增长趋势,如能使其稳定悬浮分散于某种介质中而不发生结构上的质变,不失为一种理想的贮存方式,同时分散介质也将大大有利于纳米SiO2在有机基体中的均匀分散。
可供选择的分散介质分为有机溶剂和水性溶剂两类。
对湿法制备的纳米SiO2不进行强力的加热、干燥、离心等后处理,仅仅使其转移至某种适宜的溶剂中,就能较好地避免各种可能采用的后处理手段对纳米SiO2结构造成的不利影响。