硅烷偶联剂改性超细SiO2的制备与表征

分别采用γ-巯丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷和γ-巯丙基三乙氧基硅烷对超细SiO₂进行表面改性，研究了硅烷偶联剂种类和用量对超细SiO₂亲油化度、吸水率、静态水接触角和表面羟基数的影响，采用红外光谱仪和扫描电镜分析了改性前后超细SiO₂的化学结构和分散性，并探讨了改性机理。结果表明，采用硅烷偶联剂对超细SiO₂进行表面改性后，超细SiO₂的亲油化度和静态水接触角升高，吸水率降低，表面羟基数减少；硅烷偶联剂选择γ-巯丙基甲基二甲氧基硅烷较佳，较佳用量为计算所得理论质量的1.5倍，此时得到的改性超细SiO₂性能较佳，亲油化度为62%,吸水率为29%,静态水接触角为143.9°,表面羟基数为0.48个/nm²,有望提高超细SiO₂在有机体系中的分散性及其与基体的相容性；红外光谱分析表明，改性后硅烷偶联剂包覆超细SiO₂并与其表面羟基发生了化学键合作用；扫描电镜分析表明未改性的超细Si...     

纳米SiO2表面羟基数测定的研究进展

综述了纳米SiO₂颗粒表面羟基数量测定的两种常用方法：物理法和化学法,并对以往学者进行纳米SiO₂表面羟基数的测定以及对当前研究进展进行整理分析,总结了各方法的优势、不足及未来的发展趋势。     

聚多巴胺修饰纳米SiO2颗粒

纳米SiO₂颗粒粒径小、比表面积大,广泛用做填料、涂料、催化剂等。由于纳米SiO₂颗粒表面能高、亲水性强、易团聚、在聚合物基体中的分散性差,需要对其表面修饰改性。多巴胺（DA）分子具有类似贻贝分泌的黏附蛋白的结构单元儿茶酚和活性基团氨基,在碱性条件下,通过氧化自聚可在多种材料表面沉积,形成富含活性基团的聚多巴胺（PDA）包覆层,可进行二次修饰,是近期发展的一种新型表面修饰方法。本文针对纳米SiO₂颗粒表面的PDA功能化修饰,分析了该修饰方法的工艺特点及优势,阐述了SiO₂@PDA纳米颗粒及SiO₂/PDA共聚复合颗粒的制备路线及应用,总结了SiO₂@PDA颗粒表面二次功能化修饰的研究进展。分析表明,SiO₂@PDA表面易于接枝功能化聚合物分子,并可负载功能纳米颗粒,有利于拓展SiO₂纳米颗粒的多功能应用。关于多巴胺与SiO₂纳米颗粒的表面反应机制、沉积动力学、聚合机理等仍需进一步研究。     

HTPB液体橡胶/纳米SiO2协同增韧环氧树脂的研究

为了解决单一材料改性环氧树脂(EP)综合性能不足的问题，采用端羟基聚丁二烯(HTPB)和纳米二氧化硅(SiO₂)对EP进行协同改性。结果表明：HTPB的端羟基和纳米SiO₂表面的硅羟基可以与树脂基体的环氧基团反应，形成良好的界面结合。HTPB可以显著提升EP的韧性，但增强作用有限，且耐热性较差。纳米SiO₂能够起增强、增韧作用，同时也具有很好的热稳定性，但增韧效果不如HTPB。采用两者共同改性EP，具有很好的协同增强增韧效果。当HTPB添加量为3份、纳米SiO₂添加量为1份时，复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度相比于未改性EP，分别提升52.3%、54.0%和106.5%。添加HTPB和纳米SiO₂后，复合材料相比纯EP具有更低的介电常数。     

改性纳米二氧化硅稳泡剂的合成与性能评价

固体颗粒类稳泡剂纳米二氧化硅由于表面具有大量硅羟基而在溶剂中的分散性很差,极易团聚,使用范围被极大程度的限制。以偶联剂KH550和纳米SiO₂为原料,制备了接枝改性纳米二氧化硅SiO₂-K5。通过红外光谱(FTIR)、X射线能谱(EDS)、透射电镜(TEM)对改性纳米二氧化硅进行表征;并以泡沫体系的析液半衰期为指标,考察加量、温度和无机盐浓度对SiO₂-K5性能的影响。结果表明,接枝改性纳米二氧化硅SiO₂-K5与未改性SiO₂相比,其耐温、抗钠盐、抗钙盐能力均提高了30%以上。设计了以SiO₂-K5为稳泡剂的含粘土泡沫修井液和无固相泡沫修井液,通过实验测评,表明两种修井液老化前后点的密度变化幅度小于10%,对岩心的伤害率小于20%,恢复率大于80%。     

液体石蜡/聚砜树脂/纳米SiO2复合相变材料的制备及性能表征

采用溶剂挥发法合成一种新型的以液体石蜡为芯材、纳米SiO₂为嵌体的聚砜树脂外壳相变微胶囊颗粒，并通过扫描电子显微镜、红外光谱、差示扫描量热仪、热失重分析对复合相变材料进行了结构及性能测试。结果表明，当添加纳米SiO₂的量为5 %时，微胶囊颗粒的粒度为最小的164.8 μm，并存在最优的相变焓和封装效率，熔化焓为88.03 J/g，结晶焓为86.48 J/g，封装效率57.37 %；纳米SiO₂改性后的相变微胶囊化学结构未受影响；经纳米SiO₂改性，微胶囊粒径增大，其表面结构产生小空隙现象，同时相变微胶囊的相变性能及热稳定性有明显改善。     

纳米SiO2/OTAC协同稳定Pickering乳液聚合制备水基硅橡胶

以十八烷基三甲基氯化铵(OTAC)协同纳米SiO₂制备Pickering乳液,碱性条件下引发D₄开环聚合制备线性聚硅氧烷(PDMS),然后加入交联剂KH560制备阳离子型水基硅橡胶乳液。考察了纳米SiO₂与OTAC用量对Pickering乳液性能的影响,通过zeta电位、TEM及SEM研究了OTAC在SiO₂表面的吸附状态,用FT-IR、²⁹Si NMR对水基硅橡胶的结构进行了表征,研究了KH560用量对橡胶膜对水接触角和邵氏硬度的影响。结果表明: w(SiO₂)=2.0%时,乳液流动性和稳定性最优;w(OTAC) = 1.75%时,OTAC在纳米SiO₂表面的单层吸附达到饱和,单体转化率为89%,粒径为617 nm,zeta电位接近零点,PDMS的数均分子量为16036,PDI为1.485;w(KH560)=5.0%时,KH560与PDMS充分水解缩合,硅橡胶膜憎水性和硬度显著提高。     

n-Al_2O_3/Ni-Co纳米复合电刷镀层表面形貌的分形维数研究

采用电刷镀技术,在45钢上获得了n-Al2O3/Ni–Co纳米复合电刷镀层。研究了镀液中纳米颗粒加入量对镀层的表面形貌和显微硬度的影响,并利用盒维数的计算方法,计算了表面形貌的分形维数,初步建立了表面形貌的分形维数与镀层显微硬度之间的关系。对比分析表明:随着镀液中纳米颗粒含量的增加,镀层表面形貌的分形维数先减小后增大,镀层的显微硬度则先增大后减小,但都在镀液中纳米颗粒加入量为20g/L时达到最值,即镀层表面形貌的分形维数与其显微硬度有负相关的对应关系。     

n-Al2O3/Ni-Co纳米复合电刷镀层表面形貌的分形维数研究

采用电刷镀技术,在45钢上获得了n-Al2O3/Ni-Co纳米复合电刷镀层.研究了镀液中纳米颗粒加入量对镀层的表面形貌和显微硬度的影响,并利用盒维数的计算方法,计算了表面形貌的分形维数,初步建立了表面形貌的分形维数与镀层显微硬度之间的关系.对比分析表明:随着镀液中纳米颗粒含量的增加,镀层表面形貌的分形维数先减小后增大,镀层的显微硬度则先增大后减小,但都在镀液中纳米颗粒加入量为20g/L时达到最值,即镀层表面形貌的分形维数与其显微硬度有负相关的对应关系.     

木质素基二氧化硅复合纳米颗粒的制备及在高密度聚乙烯中的应用

针对目前木质素基SiO₂复合纳米颗粒聚集严重及木质素负载量低,难以应用的现状,以碱木质素为主要原料,先通过磷酸化改性制备磷酸化碱木质素,再利用酸析共沉法将1.2份磷酸化碱木质素与1份纳米SiO₂(均为质量份)复合制备了木质素-SiO₂复合纳米颗粒,并探究复合颗粒对高密度聚乙烯(HDPE)力学性能的影响。FT-IR、XPS、TEM、TG和静态接触角测试结果表明,木质素主要以氢键作用与SiO₂结合;与原料二氧化硅相比,复合颗粒的粒径从25 nm增加到40 nm,聚集程度明显减弱;复合纳米颗粒中木质素占47%(质量分数);表面的疏水性增强,有利于复合颗粒在高密度聚乙烯中均匀分散,显著提高了HDPE的拉伸强度。与碱木质素/HDPE复合材料相比,木质素-SiO₂复合纳米颗粒/HDPE复合材料的拉伸强度和断裂拉伸率分别提高了48.68%和73.57%。     

静电辅助多孔液体的制备及特性研究

以硬模法制备的纳米中空SiO₂颗粒为腔洞结构，利用聚合咪唑阳离子与SiO₂的静电作用使SiO₂颗粒表面带正电荷，在外表面冠以磺化聚乙二醇赋予中空SiO₂颗粒流动性，制备得到静电辅助的中空二氧化硅多孔液体。性能表征表明多孔液体具有大小约为10 nm的孔径均一的球形腔洞，多孔液体的中空SiO₂含量约为13%(质量)，室温条件下多孔液体的黏度为2.25 Pa·s，表现出良好的流动性。模拟结果得到聚合咪唑阳离子与中空SiO₂的吸附能为279.55 kJ/mol，证实聚合咪唑阳离子可以紧密黏附在中空SiO₂表面。采用的静电辅助表面修饰的方法为设计与制备多孔液体提供了一条新思路。     

SiO2包覆TiO2复合纳米粒子的制备及防晒性能研究

通过溶胶-凝胶法在金红石型纳米二氧化钛（TiO₂）表面包覆二氧化硅（SiO₂）薄膜,对纳米TiO₂进行表面改性。通过优化聚乙烯吡咯烷酮（PVP）用量、硅钛比、氨水的用量确定最佳制备条件为:TiO₂用量为0.3 g,PVP用量为0.4 g,硅钛比为2∶1,氨水用量为5 m L,获得了粒径小,SiO₂包覆层薄,单分散性好的SiO₂-TiO₂复合纳米粒子。应用FT-IR,XRD,SEM,TEM和UV-vis等对改性前后的粒子进行表征。结果表明:红外光谱图中出现Si-O-Ti键的振动吸收峰,改性前后的纳米TiO₂均为金红石型,SEM及TEM显示改性后的粒子团聚现象减弱,其表面形成了约10 nm的SiO₂薄膜。经过表面改性,SiO₂成功包覆在纳米TiO₂表面,复合纳米粒子的光催化活性得到有效抑制,纳米TiO₂作为防晒剂的安全性大大提高。...     

反相微乳液体系制备SiO2包覆的ZnO NPs及其作为防晒材料的应用

通过AEO9/环己烷/正己醇/水反相微乳体系制备二氧化硅透明壳层包封的纳米氧化锌紫外屏蔽器以降低纳米氧化锌的光催化性,提高纳米氧化锌防晒剂的使用安全性。TEM图像与傅里叶红外光谱图表明SiO₂包覆在纳米氧化锌表面,ZnO@SiO₂纳米颗粒具有核壳结构。亚甲基蓝降解实验证明SiO₂降低了纳米氧化锌的光催化活性。紫外屏蔽测试结果表明ZnO@SiO₂纳米颗粒防晒效果好,SiO₂壳层提高了纳米氧化锌在可见光区的透明度。TEOS与纳米氧化锌质量比为0.4时,制备的ZnO@SiO₂纳米颗粒防晒效果最好,光催化活性最低。     

改性纳米SiO2增强聚丙烯酰胺基凝胶的性能研究

为提升聚丙烯酰胺基水凝胶的综合性能,增加其可用性,用KH-570改性纳米SiO₂,制得毫米级的改性纳米SiO₂复合聚丙烯酰胺基凝胶颗粒。并与丙烯酰胺和丙烯酸发生共聚反应,形成共聚物,探究改性纳米SiO₂添加量对复合凝胶的吸水倍率、强度、溶解时间以及残留率的影响。结果表明,改性纳米SiO₂添加量在15%～17%时,复合凝胶颗粒的吸水倍率和强度在各温度段有较大提升;凝胶完全溶解后,残留物为纳米SiO₂,对环境无害,有望应用在石油开采领域,减少对环境的破坏。     

纳米SiO2表面活性剂对高盐低渗储层的驱油效果

针对花土沟油田低渗高盐的储层特征,制备了一种改性纳米SiO₂表面活性剂,对其耐盐性、界面张力、润湿性与静态吸附作用进行评价,并对研究区不同物性的低渗岩心进行了驱油实验。结果表明,当纳米SiO₂质量分数达到0.1%时,纳米SiO₂表面活性剂在17×10⁴ mg/L的矿化度下具有良好的耐盐稳定性及分散能力、低界面张力、较好的润湿性反转能力和低静态吸附性。岩心驱替实验表明,纳米SiO₂表面活性剂具有增油降压的效果,且岩心物性越低,增油降压效果更佳。     

基于响应曲面法的纳米颗粒增强水泥浆体制备研究

基于响应曲面法,考虑纳米颗粒掺量、减水剂掺量、水胶比三个关键影响因素,以水泥硬化浆体抗压强度为响应,利用中心复合设计法设计试验,建立纳米SiO₂、纳米CaCO₃、纳米Al₂O₃增强水泥浆体的强度模型,并以纳米CaCO₃增强水泥浆体强度模型为例,分析各因素对强度的影响规律,对强度模型进行验证。结果表明,当纳米颗粒与水泥质量比为0.027 0、减水剂与水泥质量比为0.017 5、水胶比为0.25时,三种纳米颗粒增强水泥浆体具有较高强度。纳米SiO₂、CaCO₃、Al₂O₃增强水泥浆体的强度模型具有较高的精度和可靠性。纳米CaCO₃增强水泥浆体的抗压强度响应值随着纳米颗粒掺量、减水剂掺量的增大先增大后减小,随着水胶比的增大逐渐减小。     

新型纳米颗粒/SiO2复合气凝胶制备及吸附催化应用进展

SiO₂气凝胶作为一种新型多孔网络结构材料,具有高比表面积、低热导率及低折射率等优异性能,在多领域具有广泛的应用前景,但是纯SiO₂气凝胶存在力学强度低、质脆易裂等缺陷,严重制约了其规模化应用。因此,如何提升气凝胶的力学性能成为突破其产业化瓶颈的重点。目前,通过引入功能性增强相是改善SiO₂气凝胶多孔骨架强度和柔韧性的最有效途径之一。本综述首先介绍了SiO₂气凝胶制备及复合改性方法;然后对功能纳米颗粒/SiO₂复合气凝胶合成进行探讨,分析了不同维度纳米材料如0D金属氧化物颗粒、1D纳米管/纳米纤维、2D氧化石墨烯纳米片（GO）以及3D金属有机骨架材料（MOFs）对气凝胶孔道结构和表面物化特性的影响,最后,论述了SiO₂复合气凝胶在环境吸附催化领域中的应用潜力。     

SiO2改性纳米ZnO防晒剂的制备及应用

用二氧化硅(SiO₂)对纳米氧化锌(ZnO)防晒剂表面进行改性以降低纳米ZnO的光催化活性,从而减少光催化时产生的活性氧基团对皮肤的损伤和对有机物的降解并且最终制备出SiO₂包覆纳米ZnO的ZnO@SiO₂复合颗粒。透射电子显微镜(TEM)图像显示ZnO@SiO₂复合颗粒呈球状并且具有壳层结构。傅里叶变换红外光谱(FTIR)结果证明SiO₂包覆在纳米ZnO表面。光催化性能测试结果证实,SiO₂壳层有效降低了纳米ZnO光催化活性。将ZnO@SiO₂复合颗粒和有机防晒剂复配制得防晒乳液,并且对乳液进行防晒性能评价。结合紫外屏测试结果和SPF测量结果可以证明,ZnO@SiO₂和甲氧基肉桂酸乙基己酯复配表现出良好的协同效果,具有高紫外屏蔽能力的广谱防晒效果。     

三角形微通道内纳米流体流动与换热特性

以去离子水为基液,通过两步法制备出粒子体积分数为0.1%的SiO₂、Al₂O₃、TiO₂纳米流体,并分别在流体内添加一定量的表面活性剂以提高其稳定性。利用紫外分光光度计和热物性分析仪,对3种纳米流体稳定性和热导率进行测试。此外,为研究纳米流体在三角形微通道内的流动与换热特性,利用红外热像仪观察通道底面温度分布。结果表明,表面活性剂会对纳米流体吸光度产生影响,且粒子会随着时间的增加逐渐团聚。纳米颗粒的添加可有效提高工质的热导率并强化对流换热,微通道底面温度明显降低,且均温性得到改善。3种纳米流体中,TiO₂纳米流体呈现出更加良好的导热和换热性能。     

PFSA-PES-纳米颗粒复合纳米纤维的制备及催化性能

利用静电纺丝法制备了全氟磺酸(PFSA)-聚醚砜(PES)-纳米颗粒(SiO₂、TiO₂和Al₂O₃)复合纳米纤维,比较了SiO₂、TiO₂和Al₂O₃等不同纳米颗粒对磺酸基团在纤维表面分布的影响,并利用乙酸乙酯合成反应考察了纤维结构对表面磺酸基团活性的关系。结果表明:静电纺复合纳米纤维的比表面积可达85.6 m²·g^-1,纳米颗粒均匀分布在纤维表面,表面酸性中心占PFSA酸性基团总量最高达71.2%。酯化反应实验表明,复合纳米纤维具有很好的催化性能,纳米颗粒的存在可以提高酸中心的活性;同时,所得复合纳米纤维膜表现出很好的回收与可再生性能,有望作为一种对环境友好的固体酸催化剂。