[发明专利]纳米SiO2表面两步改性方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米SiO₂表面改性的技术领域，更具体地说，本发明涉及一种纳米SiO₂表面两步改性方法。

背景技术

纳米SiO₂因比表面能高、表面吸附能力强、量子尺寸效应以及宏观量子隧道效应、小尺寸效应，以及耐高温、耐酸碱以及无毒环保的化学特性，被广泛用作催化剂载体、高分子材料等诸多行业。

如图1所示，纳米SiO₂呈三维网状结构，其表面带有大量不同状态的羟基，因而纳米SiO₂表面化学活性较高，容易与改性剂发生化学反应，并且利用这一特殊性质，可以将许多带有特定官能团的改性剂连接到纳米SiO₂表面，从而通过表面化学改性实现纳米SiO₂功能化。

硅烷偶联剂是纳米SiO₂众多改性剂中最常用的一种。虽然硅烷偶联剂的种类较多，但是它们的结构基本相似。硅烷偶联剂的通式可表示为3(RO)SiR，其中RO为烷氧基团，R为其他有机官能团。硅烷偶联剂对纳米SiO₂的表面改性可以分为两步：首先是硅烷偶联剂上的烷氧基发生水解反应，得到硅羟基；然后是水解反应得到的硅羟基与纳米SiO₂表面的硅羟基反应得到硅氧单键，硅烷偶联剂被连接到纳米SiO₂表面。根据需要可以选择带有不同有机官能团的硅烷偶联剂，通过表面改性就可以将有机官能团连接到纳米SiO₂表面。用聚合物对纳米SiO₂进行表面改性的方法主要有两种：接枝于(Grafting from)法和接枝到(Grafting onto)法。接枝于法是通过改性剂与纳米SiO₂表面的羟基发生反应，将具有反应活性的基团引入到纳米SiO₂表面，再将其与适宜的单体聚合，达到纳米SiO₂表面化学改性的目的。接枝到法是指将事先合成的聚合物以共价键的方式直接与纳米SiO₂相结合，从而得到被聚合物改性的纳米SiO₂复合材料。如果所用的聚合物带有烷氧硅烷基或者氯硅烷基等基团，那么它们就可以和纳米SiO₂表面的羟基发生反应，从而将聚合物连接到纳米SiO₂表面。除了硅烷偶联剂和聚合物外，纳米SiO₂还能被很多其他改性剂改性。为了起到理想的改性效果，这些改性剂需要带有羧基(-COOH)或者异氰酸酯基(-NCO)等能与羟基反应的官能团。目前，虽然国内外对纳米SiO₂表面改性进行了大量的研究，但是这些研究主要集中于定性方面，主要关注的是不同改性剂对纳米SiO₂以及制得的复合材料性能的影响，而没有文献报道对纳米SiO₂表面改性程度的定量控制。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种纳米SiO2表面两步改性方法。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种纳米SiO₂表面两步改性方法，其特征在于包括以下步骤：(1)利用纳米SiO₂和3-氨丙基三乙氧基硅烷在80～100℃的无水甲苯溶液中，反应12h以上得到氨基改性的纳米SiO₂，并通过控制3-氨丙基三乙氧基硅烷的添加量来控制纳米SiO₂表面氨基的含量；(2)利用过量的顺丁烯二酸酐与氨基改性的纳米SiO₂反应，在所述纳米SiO₂表面上接枝上具有反应活性的碳碳双键。

其中，在步骤(2)包括以下操作：①在N，N-二甲基甲酰胺溶液中加入顺丁烯二酸酐，搅拌溶解完全得到混合溶液；②在氨基改性的纳米SiO₂中加入N，N-二甲基甲酰胺搅拌均匀得到分散液；③然后将操作②得到的分散液滴加到操作①得到的混合溶液中，然后在70～80℃搅拌反应完全，得到的反应产物经过洗涤、过滤、干燥后可得接枝有具有碳碳双键的改性纳米SiO₂。

其中，在步骤(2)中利用盐酸-乙醇非水滴定法判定氨基改性的纳米SiO₂表面的氨基是否反应完全。

其中，在步骤(1)的反应之前首先测定纳米SiO₂表面羟基的含量，并在反应之后测定纳米SiO₂表面氨基的含量。