偶聯(lián)劑是一種至少具有1個(gè)以上與無機(jī)粉體表面作用的基團(tuán)和1個(gè)以上與機(jī)聚合物親核基團(tuán)的具有兩性結(jié)構(gòu)的有機(jī)物,用偶聯(lián)劑法進(jìn)行改性處理的主要的是提高超微粉體與其他物質(zhì),特別是有機(jī)高聚物分子的相容性,改善其在有t高聚物基料中的分散性的同時(shí)增強(qiáng)兩種不同性質(zhì)材料之間的結(jié)合力。這種方法用于離聚物/無機(jī)納米復(fù)合材料和涂料中應(yīng)用的無機(jī)超微粉體,如Si02,Al0,Zno. Caco,等的表面改性處理

       一般無機(jī)超微粒子表面能比較高,與表面能比較低的有機(jī)體的親和性差,R者在相互混合時(shí)不能相容,導(dǎo)致界面上出現(xiàn)空隙。如果有機(jī)物是高聚物,空氣中的水分進(jìn)入上述空隙就會(huì)引起界面處高聚物的降解、脆化。采取偶聯(lián)技術(shù)可以觸決上述問題。

       超微粉體表面改性處理中常用的偶聯(lián)劑是硅烷、鈦酸酯、鋁酸酯和錯(cuò)鋁重鹽。其中硅烷偶聯(lián)劑主要用于酸性和中性無機(jī)超微粉體,如Si02, Al20,等白表面處理。對(duì)于表面帶有羥基的無機(jī)超微粉體改性效果最好。硅燒偶聯(lián)劑對(duì)各和無機(jī)納米粒子表面化學(xué)結(jié)合程度的評(píng)價(jià)見表4-8,顯然硅烷偶聯(lián)劑對(duì)碳酸鈣、黑、石墨等不適用,鈦酸酯偶聯(lián)劑主要用于中性或堿性無機(jī)超微粉體,如ZnoCaco,, Mgo等的表面改性。鋁酸酯偶聯(lián)劑可用于無機(jī)超微粉體,如碳酸鈣碳酸鎂、氧化鎂、氧化鋁、氧化鋅等的表面改性。錯(cuò)鋁酸鹽偶聯(lián)劑借氫氧化結(jié)和氫氧化鋁基團(tuán)的縮合作用可與羥基化的表面形成共價(jià)鍵聯(lián)結(jié),更重要的特性是能夠參與金屬表面羥基的形成并與金屬表面形成氧絡(luò)橋聯(lián)的復(fù)合物,與硅烷偶聯(lián)劑相似,結(jié)鋁酸鹽偶聯(lián)劑適用于表面帶有羥基的無機(jī)超微粉體,如Si02, Al0等以及金屬氧化物的表面改性。

       研究表明,利用硅酮液、鹵硅烷、硅氮烷、鈦酸酯、鋁酸酯等表面改性劑對(duì)納米SiO2進(jìn)行表面包覆處理可使其呈疏水性;選用具有兩個(gè)以上官能團(tuán)的偶聯(lián)劑進(jìn)行表面處理可使處理后的納米氧化硅具有雙親性。

李國(guó)輝等人用偶聯(lián)劑鈦酸丁酯對(duì)納米二氧化鈦顆粒預(yù)處理后,再用甲基丙烯酸甲酯(MMA)進(jìn)行聚合改性,研究了聚合改性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和改性后納米二氧化鈦的分散性能。鈦酸丁酯與氧化鈦表面羥基反應(yīng),在氧化鈦表面生成交聯(lián)反應(yīng)物,甲基丙烯酸甲酯與其反應(yīng)生成PMMA并均勻包覆于納米二氧化鈦顆粒的表面。通過聚合物改性的納米二氧化鈦在甲苯中具有良好的分散性能。

       筆者等對(duì)工業(yè)化納米碳酸鈣進(jìn)行表面處理的研究結(jié)果見表4-9。原料為立方晶型碳酸鈣,粒徑約為40nm。改性在濕式狀態(tài)(漿料中)進(jìn)行,然后進(jìn)行干燥。結(jié)果表明,用硬脂酸和偶聯(lián)劑進(jìn)行表面處理可以提高納米碳酸鈣的活化指數(shù),使其與有機(jī)高聚物基料的相容性好;這些表面改性劑與納米碳酸鈣粒子表面的作用方式是物理-化學(xué)吸附。圖4-16所示為用偶聯(lián)劑鈦酸酯和鋁酸酯處理前后,納米碳酸鈣的透射電鏡(TEM)照片。由此可見,表面處理后,粒子的團(tuán)聚明顯減弱對(duì)納米氧化鋅的表面處理,主要目的是改善用于橡膠、塑料、油性涂料、水性涂料以及化妝品領(lǐng)域的分散性和相容性。研究表明,用硬脂酸、鈦酸酯和鋁酸酯偶聯(lián)劑改性處理納米氧化鋅可使橡膠制品的耐磨性提高10%~15%,增強(qiáng)膠料和骨架材料的黏合力約20%;用于塑料薄膜,耐剪切強(qiáng)度顯著提高高。