云母粉納米顆粒表面存在大量的不同狀態(tài)的羥基不飽和殘鍵,親水疏油,易于團(tuán)聚,必須要對其進(jìn)行功能化改性,以提高性能及應(yīng)用范圍。

云母粉表面改性的目的主要有以下3個(gè)方面:

一是改善或提高云母粉納米顆粒之間的分散性及與其它物質(zhì)之間的相容性,因?yàn)楸砻嫘揎椇蟮募{米顆?？梢詼p弱表面活性羥基的帶電效應(yīng)和表面基團(tuán)的親水性,從而防止顆粒團(tuán)聚或可達(dá)到與有機(jī)物質(zhì)的相容性;

二是通過表面修飾,在云母粉表面覆蓋活性基團(tuán),提高或者控制其表面活性,從而為納米粒子的進(jìn)一步接枝或者功能化提供了可能性;

三是拓寬云母粉納米顆粒的應(yīng)用范圍,表面修飾后的納米顆?？梢援a(chǎn)生新的功能,如藥物運(yùn)輸和釋放,刺激響應(yīng)性等。

云母粉納米顆粒的表面修飾可以根據(jù)表面羥基與修飾劑之間是否存在化學(xué)反應(yīng)將其分為兩大類:物理修飾和化學(xué)修飾。物理修飾是改變了云母粉表面的羥基比例,而化學(xué)修飾需要改變納米粒子的化學(xué)特性。

1、云母粉納米顆粒物理改性

聚合物或無機(jī)物對云母粉納米顆粒進(jìn)行的吸附、包覆、涂敷等物理作用是云母粉納米顆粒物理改性的主要途徑。云母粉納米顆粒表面的羥基官能團(tuán)與修飾劑無離子鍵或共價(jià)鍵的結(jié)合,是通過氫鍵、范德華力或配位過程相互作用進(jìn)行的,所以物理改性是一種物理吸附的修飾。

表面沉積法是云母粉納米顆粒進(jìn)行物理修飾的主要方法,包覆層是通過物質(zhì)沉積到云母粉納米顆粒的表面,此過程沒有化學(xué)結(jié)合。

2、云母粉納米顆?；瘜W(xué)改性

云母粉納米顆粒的表面化學(xué)改性是基于表面存在的大量羥基及不飽和殘鍵與修飾分子之間存在的化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的。表面的化學(xué)反應(yīng),是將其表面連接帶有特定官能團(tuán)的物質(zhì),從而改變云母粉表面的狀態(tài)和結(jié)構(gòu)。

化學(xué)改性因?yàn)榉椒ê唵我仔星依喂绦詮?qiáng),所以成為了一種最要的表面修飾改性的方法,其中修飾分子可以分為有機(jī)分子和無機(jī)分子。

(1)硅烷偶聯(lián)劑是一種化學(xué)有機(jī)物,因?yàn)榇嬖陔p功能官能團(tuán),能夠在云母粉納米顆?；瘜W(xué)改性中起到橋梁作用,能夠把無機(jī)和有機(jī)分子進(jìn)行牢固連接,所以偶聯(lián)劑法成為了一種最常用、最基本的方法。

(2)醇酯化法需要高溫高壓的條件,所用的原料為脂肪醇,它與云母粉納米顆粒表面連接是通過脂肪醇與羥基的脫水反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的。雖然,脂肪醇易于獲得,價(jià)格低廉,但是與硅烷偶聯(lián)劑法相比較,不但疏水性受到烷基鏈的長度影響,而且改性中起作用的酯基官能團(tuán)熱穩(wěn)定性差且易于水解。研究表明,當(dāng)醇中碳原子數(shù)小于8時(shí),疏水烷基鏈較短,所以疏水性能不強(qiáng),要使云母粉納米顆粒是完全的疏水性,其接枝率需要大于20%。脂肪醇的用量、鏈長、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度等條件都會(huì)影響到云母粉納米顆粒表面的疏水性,所以最佳反應(yīng)條件的確立具有重要的實(shí)用價(jià)值。

(3)表面接枝聚合法是指有機(jī)單體接枝在云母粉納米顆粒表面的方法,此過程發(fā)生了聚合反應(yīng)或高分子反應(yīng)。當(dāng)無機(jī)粒子表面存在聚合物化學(xué)鍵時(shí),就產(chǎn)生新的特性,如生物活性、光敏性、金屬離子的螯合性、兩親性、吸附性、有機(jī)相容性及可分散性等,使材料具備在異相催化、塑料增強(qiáng)、固化酶及分離生物大分子等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的潛能。該法能夠制備性能互補(bǔ)、互促效應(yīng)的雜化材料,所以是材料科學(xué)領(lǐng)域具有應(yīng)用前景的重要研究課題。

3、云母粉納米顆粒物理、化學(xué)同步改性

制備性能優(yōu)異的納米材料并廣泛應(yīng)用是最終的目的,所以在改性過程中物理、化學(xué)同步改性也成為了可能。為了獲得粒徑小、表面能極高的云母粉納米顆粒,并且使納米顆粒與有機(jī)體系中的有機(jī)鏈緊密結(jié)合,可以把已經(jīng)合成的硅溶膠直接加入到需要改性的有機(jī)體系中,也可以在制備云母粉納米顆粒的過程中加入需要修飾的有機(jī)物。

此方法的優(yōu)點(diǎn)是避免在修飾前云母粉納米顆?？赡苓M(jìn)行了團(tuán)聚,保證納米顆粒的晶體結(jié)構(gòu)和體相成分,改善云母粉納米顆粒的分散性,使其粒徑更小,分散更均勻。