肖穎

摘 要：無機納米粉體表面改性使粉體表面特性發(fā)生改變，從而賦予粉體材料新的功能，滿足粉體各種性能的應用要求。本文闡述了幾種常用的表面改性方法。

關鍵詞：無機納米粉體;表面改性

引言

無機納米粉體顆粒具有量子效應、小尺寸效應、表面效應和宏觀量子隧道效應，展現(xiàn)出許多特有的性質，在催化、濾光、光吸收、醫(yī)藥、磁介質及新材料等方面有廣闊的應用前景[1]。納米微粒徑小，比表面積大、表面能和表面面活性高，容易團聚在一起形成尺寸較大的團聚體，給納米微粒的制備帶來困難。在制備的同時進行表面改性是解決或減輕團聚問題的有效方法。表面改性是指采用表面添加劑與顆粒表面發(fā)生化學反應或物理作用，從而改變微粒的表面狀態(tài)，改善或改變粉體的使用性能的處理過程。本文探討了目前比較常用的幾類表面改性方法。

1.機械力化學改性

機械力化學改性是利用粉碎、研磨等機械手段，使粉體的晶格結構等發(fā)生變化，體系內能增大，溫度升高，促使粉體粒子不斷分解成小顆粒，從而和其他物質發(fā)生化學結合或附著，達到表面改性的目的[2]。張超凡等利用高能球磨機，通過機械力作用和機械力化學作用分別對鈣基膨潤土進行改性，采用機械力化學法，以焦磷酸鈉為改性劑，可促進膨潤土層間鈣離子被鈉離子置換，從而達到減小粒度和對其表面進行改性的雙重目的[3]。機械力化學改性既可以用濕法工藝也可用干法工藝。影響改性效果的因素主要是改性設備的參數(shù)，如攪拌研磨的強度、作用時間、反應溫度等。

2.液相包覆改性

此法指在無機粉體顆粒表面沉積氧化物或氫氧化物類物質。常用的有沉淀法、溶膠-凝膠法、微乳液法、化學鍍法。

2.1沉淀法

向溶液中加入沉淀劑或引發(fā)體系中沉淀劑的生產，使離子發(fā)生沉淀反應，在顆粒表面析出，對顆粒進行包覆。曹安民等將所要包覆的核與鋁鹽混合，通過原位產生堿性環(huán)境或者外加堿來沉淀金屬鋁，使之在核表面實現(xiàn)均一連續(xù)、可控的包覆[4]。

2.2溶膠-凝膠法

此法是先將改性劑前驅物制成溶膠，再將被包覆顆粒與溶膠混勻，然后溶膠經處理轉變?yōu)槟z，高溫煅燒凝膠得到外表面包覆有改性劑的粉體。朱美芳等將海膽狀多晶須羥基磷灰石進行溶膠凝膠法改性、硅烷化改性，晶須表面的SiO2包覆層能夠提高其粗糙度，并與樹脂間形成錨固作用，增強晶須的固位力，包覆層通過氫鍵或共價鍵的作用改善填料/基體兩相界面相容性，有效提高了復合樹脂的力學性能[5]。

2.3微乳液法

微乳液是由兩種或兩種以上互不相溶液體形成的熱力學穩(wěn)定、各向同性、外觀透明或半透明的分散體系，微觀上液滴由表面活性劑界面膜所穩(wěn)定。其通常由表面活性劑、助表面活性劑、有機溶劑和水溶液組成。李培培等采用脲醛樹脂包覆氫氧化鎂，改性后氫氧化鎂表面有一層薄膜，推斷在樹脂固化的過程中樹脂是以氫氧化鎂為核進行生長包覆的。由于包覆沒有化學鍵的形成，所以對氫氧化鎂晶體結構不會產生實質性的影響，改性后未降低氫氧化鎂對高聚物的阻燃效果[6]。

2.4 化學鍍法

化學鍍是通過溶液中適當?shù)倪€原劑使金屬離子在金屬表面的自催化作用下還原而進行的金屬沉積過程。由于粒子的團聚性，在化學鍍液中應添加適當?shù)谋砻婊钚詣┦沽Ｗ釉阱円褐蟹稚?。薛鵬皓等采用化學鍍銅法對SiC顆粒表面進行了改性處理，使SiC顆粒在金屬基體液中分散更均勻、鍍覆更好 [7]。

3.高能表面改性

高能改性是利用等離子體、電暈放電、紫外線照射等手段，對粉體表面進行激發(fā)改性。作用時產生的局部高溫高壓、強沖擊波等，較大程度地弱化了微粒間的相互作用，有效防止微粒團聚，使之充分分散。唐曉龍等將檸檬酸與醋酸錳按一定摩爾比混合，用去離子水溶解并攪拌，進行發(fā)泡處理，將得到的泡沫狀固體烘干、高溫焙燒得到催化劑前體，然后將該催化劑前體置于等離子體反應器中在一定條件下進行改性處理，顯著提高了催化劑的低溫氧化活性[8]。

4.有機物包覆改性

利用表面活性劑、偶聯(lián)劑、接枝聚合物等與顆粒表面進行某種化學反應，從而賦予顆粒新的性質的一種方法。王升文將經油酸改性的納米TiO2與二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）和環(huán)氧樹脂（E51）充分反應，得到的復合乳液通過紅外光譜、掃描電鏡等手段表征和分析，證實了改性納米TiO2成功接枝到環(huán)氧-聚氨酯共聚物分子鏈上并形成穩(wěn)定的三元復合材料，所得三元復合乳液的穩(wěn)定性能好，涂膜的耐水性能和力學拉伸性能強，抗紫外、抗老化性能有明顯提高[9]。

5.電化學改性[10]

當有電流通過電極作用于粉體顆粒時，各種離子間原有的平衡會被打破，發(fā)生復雜的物理化學過程，使離子組成發(fā)生變化，從而引起顆粒表面成分及其特性發(fā)生變化。例如，在電化學改性過程中，可增加顆粒表面粗糙度，吸附表面活性劑能力增強;通過控制電位，可調節(jié)顆粒的親水、疏水電化學反應，從而達到選擇性分離的目的，甚至可改變顆粒表面的磁性。這些在礦物的浮選與分離中已得到廣泛應用。徐海波等人采用恒電流和恒電流階躍兩種電化學法改性石墨，發(fā)現(xiàn)采用恒電流法改性的石墨表面由于過氧化物的形成出現(xiàn)裂縫，而恒電流階躍法改性后的石墨表面較為均勻，單位面積具有較高電容量（ 2.08 F？cm-2）和良好倍率特性。

結語

無機納米粉體表面改性的目的可以概括為：提高粉體的化學反應活性以利于材料的合成;改善粉體的界面親和性以利于填充材料的力學性能;調控粉體表面各種凝聚力以利于粉體的分散應用;獲得粉體表面特殊物理性能以利于功能性粉體制備。因此，無機粉體表面改性是材料制備過程工程的重要手段，也是新材料、新工藝和新產品開發(fā)的重要內容，值得進一步深入研究。

參考文獻：

[1]薛茹君，吳玉程著，無機納米材料的表面修飾改性與物性研究，合肥工業(yè)大學出版社，2009.10，第1頁

[2]Hasegawa M. Arai K，Saito S. Selective adsorption of polymer on freshly ground solid surfaces in soap less emulsion polymerization[J].J.Appl.Polym.Sci.，2007，33（2）：411-418.

[3]張超凡，管學茂，機械力化學改性鈣基膨潤土提高注漿材料的穩(wěn)定性[J].材料導報，2019.10（33）：3408-3412

[4]曹安民，氧化鋁包覆型顆粒及其制備方法及與應用， China， CN103606660A[P]， 2014-02-26

[5]朱美芳，一種溶膠凝膠法改性的海膽狀多晶須羥基磷灰石增強齒科修復樹脂的制備方法，China，CN109833212A[P]，2019-06-04

[6]李培培，陳建銘，宋云華.微膠囊化改性氫氧化鎂及其在低密度聚乙烯中的阻燃性能研究[J].北京化工大學學報：自然科學版，2011，38（2）：76-80

[7]薛鵬皓. 4μm SiC顆粒表面化學鍍銅工藝[J].材料保護，2017，12（50）：49-53

[8]唐曉龍，一種用低溫等離子體改性催化劑催化氧化氮氧化物的方法，China， CN101822945 A[P]，2010-09-08

[9]王升文，改性納米TiO2/環(huán)氧-聚氨酯三元復合材料的制備及性能研究[J].化工新型材料，2019，12（47）：54-56、61.

[10]張濤，無機固體表面的電化學改性技術研究進展[J].硅酸鹽通報，2019，8（38）：2470-2474、2505.