第３４卷第３期２０１４年８月
鄭州牧業工程高等專科學校學報
偶聯劑改性奈米二氧化鈦的分散性研究
李菲，屈貞財，肖根生
（河南牧業經濟學院包裝印刷系，河南鄭州４５００１１）
摘要：奈米二氧化鈦（ｔｉｏ ）表面活性強、顆粒間易發生團聚，又由於其表面疏油親水性能，導致在有機物介質中分散
不均勻，從而大大減少了奈米ｔｉｏｚ的應用。為了充分利用其優異的效能，本研究分別使用三種矽烷偶聯劑改性奈米ｔｉｏｚ，通過沉降分析法、傅利葉紅外光譜儀測試（ｆｔｉｒ）、熱失重分析（ｔｇ）和ｘｒｄ粒徑分析表徵與測試改性前後的奈米二氧化鈦效能。
關鍵詞：奈米二氧化鈦；偶聯劑；分散性；團聚中圖分類號：ｔｂ３８３．１
文獻標識碼：ａ
文章編號
一奈米粉體由於比表面積大、表面能高等特性，在實際應用時很容易發生團聚。針對奈米材料的團聚問題，可以通過表面改性處理的方法來改善，即採用表面活性劑對奈米材料進行處理，使兩者之間形成物理包覆作用，或者化學基團縮合發生接枝反應，改變奈米材料表面效能，促進其在有機介質中的均勻分散，從而使材料產生新的功能，增加材料的附加使用價值。
奈米ｔｉｏ 由於其化學效能穩定、無刺激性、無
１材料與方法
１．１實驗材料與儀器
１．１．１實驗材料奈米二氧化鈦（平均粒徑約１５ｎｌｔ１），杭州萬景新材料****；矽烷偶聯劑ｋｈ５５０（７一氨丙基三乙氧基矽烷）、ｋｈ５６０（７一縮
水甘油醚氧丙基三甲氧基矽烷）、ｋｈ５７０（丫一（甲基丙烯醯氧）丙基三甲氧基矽烷）：安徽省天長綠色環
保化工助劑廠；三乙醇胺（ｔｅａ），分析純：長沙市雨花台化工廠；ｏｐ一１０（烷基酚聚氧乙烯醚），化學純：上海山浦化工****；ｓｄｓ（十二烷基硫酸
鈉）：上海漢光化學試劑****；聚乙烯吡咯烷酮
致敏性、優異的阻隔紫外線效能等特點，被大量應用於防紫外線產品、包裝材料、功能塗料等領域。但由於其在有機介質中分散性不好，易發生團聚，其應用與功能受到制約，所以必須對奈米ｔｉｏ 進行表面
（ｐｖｐ），分析純：天津市化學試劑廠；無水乙醇，分析純：湖南江虹試劑****；自製去離子水。
改性，以消除表面高能勢，提高與有機基料之間的結合力。本研究採用矽烷偶聯劑分別對奈米ｔｉｏｚ進行表面接枝改性，採用儀器檢測改性後奈米ｔｉｏ。的表面性質，結果如下。
收稿日期
作者簡介：李菲（１９８７一），女，河南濟源人，助教，碩士。
１．１．２儀器真空乾燥箱，ｄｚｆ型：上海躍進醫療
機械廠；恆溫油水浴鍋，ｗ—ｏ型：鄭州長城科工貿****；傅利葉變換紅外光譜儀型，
第３期李菲等：偶聯劑改性奈米二氧化鈦的分散性研究
美國熱電尼高力儀器公司；電子天平，ａｕｙ２２０型：傅利葉紅外光譜儀通過分析不同分子鍵的光譜吸收
日本熱失重儀器），ｑ５０：美國情況，資料範圍選擇為一。２）ｔａ；超聲波清洗器，ｋｓ一５０ｄ型：寧波科生儀器廠。
改性前後的奈米ｔｉｏ 粉末進行熱失重分析測試，
１．２ 實驗方法
公升溫速度為２０℃／ｍｉｎ。溫度區間為０～８００℃。
的表面處理分別稱取質量３）取５０ ｍｌ去離子水，加入改性前或改性後的
分數為５ 的三種矽烷偶聯劑，倒人燒杯中，加入一ｔｉｏ。粉體進行攪拌、超聲分散０．５ ｈ，轉人比色管定量去離子水和無水乙醇，體積分數 （乙醇）：中，每間隔１ ｈ取液面下方２ ｃｍ位置１ ｍｌ體積液（水）一１：
９，其中ｋｈ５６０和ｋｈ５７０的分散液需體進行稱重，表徵其沉降效能。４）取改性前後的納調節體系的ｐｈ值在３～４左右，攪拌並超聲分散２公尺ｔｉｏ。粉體，加入無水乙醇，超聲分散２０ ｍｉ一
ｎ，取ｈ；將奈米ｔｉｏ 粉體放置在８０℃溫度的乾燥箱中，樣進行ｘｒｄ粒度測試。
預處理１２ ｈ；取一定量的奈米ｔｉｏ 加入到燒杯中，新增去離子水中以及少量表面活性劑，進行高速攪
２結果與分析
拌，超聲分散０．５ ｈ；將攪拌好的奈米ｔｉｏ 分散漿２．１ｆｔ—ｉｒ紅外光譜分析
倒入三口燒瓶中，在勻速攪拌過程中，將水解完成的圖１所示為採用三種偶聯劑改性前後奈米偶聯劑溶液緩慢滴加到三口燒瓶中，同時將水浴鍋
ｔｉｏ２的ｆｔ—ｉｒ測試譜圖（其中ａ為ｋｈ５５０、ｂ為緩慢公升溫至７５～８０℃，然後調節體系的ｐｈ為９～ｋｈ５６０、ｃ為ｋｈ５７ｏ）。曲線１代表改性前奈米１０；反應４ ｈ後，倒出分散漿，進行離心乾燥，得到偶ｔｉ０。的圖譜，曲線２為偶聯劑改性後奈米ｔｉｏ 的聯劑改性粉體。
圖譜。１．２．２檢測表徵與分散性研究 １）採用ｆｔ—ｉｒ
廠ｃ圈１不同偶聯劑表面改性前後奈米ｔｉｏｚ的紅外圖譜
從圖（ａ）的曲線１中分析得出左右圖２所示為經過含量為５％的三種偶聯劑改性前後
是奈米ｔｉｏ 粒子表面羥基（一ｏｈ）的伸縮振動吸納公尺ｔｉｏ。的熱失重曲線。
收峰，位於５３６ ｃｍ 代表奈米二氧化鈦分子中ｔｉ—ｏ鍵的特徵吸收峰。曲線２**現了新的特徵吸收
峰，在２ ９７６ ｃｍ 和２ ９２６ ｃｍ 的位置出現了較尖
銳的ｃ—ｈ的振動吸收峰，在１ ０８７ ｃｍ 和１０４８ｃｍ 出現了ｓｉ—ｏ—ｓｉ鍵的特徵吸收峰。１ ４００
ｃｍ 和３４００ ｃｍ 附近的峰值強度發生一定減弱，
這主要是因為發生接枝反應後，奈米ｔｉｏ 表面的部分羥基被矽醇佔據，羥基的含量則適當減少。同
樣，在圖（ｂ）、（ｃ）中，分別用ｋｈ５６０和ｋｈ５７０改性後的奈米ｔｉｏ 也顯示ｃ—ｈ鍵、ｓｉ—ｏ鍵和ｓｉ—ｏ
—ｓｉ鍵等相似的特徵峰，由此，我們可以分析出，偶
聯劑已經接枝到奈米ｔｉｏ 表面。
圖２不同偶聯劑改性奈米二氧化鈦的ｔｇ圖
２．２熱失重效能分析（ｔｇ）
從圖２中可以看出，曲線ａ為未改性奈米ｔｉｏ
奈米ｔｉｏ。經偶聯劑改性後，顆粒表面會接枝
的熱失重曲線，圖中顯示在１００℃左右奈米二氧化一
定量的有機物分子鏈，熱失重曲線會出現差異。
鈦有大概為２９／６的失重，此處主要為材料表面吸附水經高溫加熱後損失。曲線ｂ、ｃ、ｄ（分別為ｋｈ５７０、
∞ｇ｝１ｏ鄭州牧業工程高等專科學校學報第３４卷
改性的奈米ｔｉｏ２的熱失重曲線）顯示，在１００℃左右的失重率有所降低，是因為偶聯劑改性後，奈米ｔｉｏ 表面接枝聚合物，有機分子鏈朝向外端，則改性後粉體表面疏水親油，表面吸附水則減少。在３５０￣６５０℃之內存在少量失重，這部分
是由於改性後，表面接枝的分子鏈中ｃ—ｃ、ｃ—ｈ
斷裂分解所造成的。
２．３沉降效能分析
如圖３所示，粉體剛開始有沉降現象的時候，指ｈ位置剛剛出現時（ｈ一２ ｒａｍ）稱為粉體的初始沉
降時間；當粉體全部沉降到底部時稱為完全沉降時
間。圈３
沉降測試示憊圖
使用不同偶聯劑改性的沉降時間對比見表１。從表１中得出，使用５偶聯劑用量的情況下，經ｋｈ５５０改性過的奈米ｔｉｏ 初始沉降時間為７ｈ，比新增同比例偶聯劑改性奈米ｔｉｏ的初始沉降時間長。這是因為偶聯劑水解形成矽
醇，矽醇表面的羥基與奈米ｔｉｏ 表面的羥基通過
氫鍵作用相互吸附，其剩餘有機分子鏈朝外展開，起空間阻礙的作用，防止了奈米ｔｉｏ 在接枝反應過程中，相互吸引發生新的團聚。而ｋｈ５５０因其結構特徵，水解後分子鏈末端的氨基也可以與奈米ｔｉｏ 表面的羥基形成氫鍵作用，促進了奈米ｔｉｏ的分散，因此經過ｋｈ５５０改性後抑制沉降相對較
好。襲１使用不同偶聯劑改性的沉降時間對比
圖４顯示為採用不同偶聯劑、不同用量對奈米
ｔｊ０。進行改性，計算１２ ｈ後的沉降比（沉降比為沉降１２ ｈ後１ ｍｌ懸浮液的重量與未發生沉降時１ｍｌ懸浮液的重量）。圖中顯示，經過三種偶聯劑表面改性的奈米ｔｉｏ ，沉降比隨著偶聯劑使用量的增加也在逐漸增加。
如果沉降比大，則表明奈米
ｔｉｏ。分散漿經長時間放置後，分散效果仍然較好。
圖４不同偶聯劑用量１２ｈ後的沉降比
偶聯劑的用量也影響奈米材料接枝反應過程以及改性效果。如果偶聯劑用量少，水解產生的矽醇與接枝到奈米ｔｉｏ 表面分子鏈的就少。當用量更
少時，不足以滿足奈米ｔｉｏ 表面待反應的羥基基團，甚至部分奈米顆粒表面沒有吸附矽醇，會引發新柏∞∞ 伯的團聚產生；偶聯劑用量的逐漸增加時，奈米ｔｉｏ
表面會吸附更多的矽醇，矽醇與奈米ｔｉｏ 表面的
羥基發生脫水縮合反應，因此改性後的奈米粉體分散效果會得到很大改善。如圖４中所示，偶聯劑用
量的繼續增加，但奈米ｔｉｏ 的沉降比趨於平緩，綜合考慮選取５％為最佳偶聯劑改性使用量。苔寶§
ｓｉｚｅ（ｎｍ）
圖５採用５用量偶聯劑改性後奈米ｔｉｏ２的粒徑分布圖
２．４粒徑分析
對使用５ 偶聯劑用量改性前後奈米ｔｉｏ 的
粒徑進行比較分析，如圖５所示（ａ為ｋｈ５５０改性；ｂ為ｋｈ５７０改性；ｃ為ｋｈ５６０改性；ｄ為未改性）。
從圖中看出，曲線ｄ中純奈米ｔｉｏ 的粒徑分布寬
而平，粒徑範圍主要從１００ ｎｍ到５肚ｍ均有不等量的分布，這說明奈米粒子在未改性處理的狀況下發生了較嚴重的團聚現象。經偶聯劑改性後，奈米ｔｉｏ 的粒徑分布範圍明顯有了縮短。如圖５所示，
採用５含量的ｋｈ５５０改性的奈米ｔｉｏ。後，粒徑
（下轉第３３頁）
５ ０第３期路衛華：談蛋雞場的場址選擇
化程度的不同差異較大。一般電力裝機容量為：每只種雞３～４．５ ｗ，商品蛋雞每只２～３ ｗ。按每只雞的年耗電量計算，密閉種雞舍，機械化程度高，為７～８ ｋｗｈ，普通中小型雞場為
雞場應有獨立於正常電源的發電機組，供電網路中有獨立於正常電源的專用的饋電線路，用於在停電的情況下應急。
２．９ 防止汙染
廠排放的廢水、廢氣中，含有重金屬、有害氣體及煙塵，汙染空氣和水源。它不但危害雞群健康，而且這
些有害的物質在蛋和肉中蓄積，對人體也是有害的。雞場周圍３ ０００ ｍ內無大型化工廠、採（選）礦廠、造紙廠、冶煉廠和水泥廠。
養雞場應遠離噪音，盡量選擇在安靜的地方，避免雞群受到應激影響。噪音很容易造成雞群驚群而影響其健康和生產。距離飛機場、飛機起飛後通過的區域，鐵路、靶場有一定的距離，至少應有５００ ｍ；距離公路、停車場至少有３００ ｍ的距離。
雞場附近不能進行爆破作業。
場址選擇對於蛋雞場的生產安全關係密切，與蛋品的質量有直接聯絡，這方面的教訓很多。因此
雞場選址應參照國家有關標準的規定，避開水源防護區、風景名勝區、人口密集區等環境敏感地區。遠離村鎮、城市。還要考慮雞場汙水的排放條件，對當地排水系統進行調查，汙水去向，納汙地點，距居民區水源距離，是否需要處理後排放，這些都會影響到生產成本。
雞場應遠離重工業工廠和化工廠。因為這些工（上接第１０頁）
相對最小，平均粒徑約３９ｎｍ。
對於新建蛋雞場必須從開始選址的時候就給予充分的考慮，為以後的安全生產打好基礎。
同樣，經ｋｈ５７０改性的平均粒徑為５５ ｎｒｎ左右，經
ｋｈ５６０改性的奈米ｔｉｏ 平均粒徑在１ｉ０ ｎｌｔｌ左
右。偶聯劑改性起到了解團聚的作用，而ｋｈ５５０
改性的奈米ｔｉｏ 粒徑最小，改性效果最好。
［６］李菲．抗紫外線聚乙烯醇復合薄膜的製備及效能研究
［ｄ］．湖南：湖南工業大學，２０１１．
［７］姚超，高國生，林西平，等．矽烷偶聯劑對奈米二氧
３ 結論
偶聯劑改性奈米ｔｉｏ。，ｆｔｉｒ結果顯示奈米ｔｉｏ 表面出現一些新的吸收峰，並且經過ｔｇ分析，在３００￣６００℃有一定的失重，表明偶聯劑與奈米二氧化鈦表面發生的接枝反應，矽醇分子成功接枝到顆粒表面。偶聯劑改性後的奈米ｔｉｏ 沉降比較大，分散性較好，經ｋｈ５５０改性後的奈米ｔｉｏ初始沉降時間和完全沉降時間相對較好。
粒徑分析結果表明，偶聯劑改性起到了對奈米材料解團聚的作用，用含量為５ 的ｋｈ５５０對奈米ｔｉｏ。接枝改
性後，平均粒徑最小，約為３９ ｎｍ，三種偶聯劑比較，
化鈦表面改性的研究［ｊ］．無機材料學報，２００６，２１
［１ｏ］ 王傳虎，葛金龍，曾小劍．超細矽微粉表面改性的研
究［ｊ］．非金屬礦
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奈米二氧化矽的表面改性研究［ｊ］．奈米科技，２００９，
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［４］黃暉，劉江．水熱沉澱法製備ｔｉｏ 奈米粉體的研究
［ｊ］．矽酸鹽通報
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