文檔材料改性

淺談表面改性摘要：本文主要總結(jié)了各種材料的改性及改性劑對(duì)其的影響，其中還涉及到各種改性方法及對(duì)材料改性的展望。關(guān)鍵字：表面改性納米金屬1引言表面改性是指在保持材料或制品原性能的前提下，賦予其表面新的性能，如親水性、生物相容性、抗靜電性能、染色性能等。表面改性的方法有很多報(bào)道，大體上可以歸結(jié)為:表面化學(xué)反應(yīng)法、表面接枝法、表面復(fù)合化法等。表面改性技術(shù)(surfacemodifiedtechnique)則是采用化學(xué)的、物理的方法改變材料或工件表面的化學(xué)成分或組織結(jié)構(gòu)以提高機(jī)器零件或材料性能的一類熱處理技術(shù)。它包括化學(xué)熱處理(滲氮、滲碳、滲金屬等);表面涂層(低壓等離子噴涂、低壓電弧噴涂、激光重熔復(fù)合等門薄膜鍍層(物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積等)和非金屬涂層技術(shù)等。這些用以強(qiáng)化零件或材料表面的技術(shù)，賦予零件耐高溫、防腐蝕、耐磨損、抗疲勞、防輻射、導(dǎo)電、導(dǎo)磁等各種新的特性。使原來在高速、高溫、高壓、重載、腐蝕介質(zhì)環(huán)境下工作的零件，提高了可靠性、延長了使用壽命，具有很大的經(jīng)濟(jì)意義和推廣價(jià)值。2表面改性對(duì)不同材料性能的影響2.1對(duì)SF/PP復(fù)合材料性能的影響劍麻纖維（SF）因具有較高的比強(qiáng)度和比模量而成為樹脂基體較好的天然纖維增強(qiáng)材料，適用于制備成本低、比模量高和耐沖擊的纖維/樹脂復(fù)合材料。國內(nèi)常用馬來酸酐接枝聚丙烯或有機(jī)硅烷為界面相容劑，來提高SF/PP復(fù)合材料的力學(xué)性能，表面改性可以提高纖維與PP基體的黏合性。使SF/PP復(fù)合材料的力學(xué)性能和流動(dòng)性能提高，吸水率下降【1】。2.2對(duì)羥基磷灰石蛋白吸附的影響羥基磷灰石因?yàn)榕c人體骨組織中的無機(jī)組分相近而被廣泛應(yīng)用于有機(jī)/無機(jī)復(fù)合物中。但是,HAP表面具有親水性,大多數(shù)應(yīng)用于骨修復(fù)的有機(jī)材料具有疏水性,兩者的極性差異導(dǎo)致了界面相容性下降,進(jìn)而降低復(fù)合物的力學(xué)性能?？朔@一困難最常用的方法就是對(duì)HAP表面改性,它一方面可以增強(qiáng)復(fù)合物的力學(xué)性能,另一方面可以使HAP在基體間均勻分散,有利于復(fù)合物的蛋白質(zhì)和細(xì)胞吸附。采用ATRP法在HAP表面接枝上PMMA,隨著接枝含量的增加,改性HAP顆粒在水溶液中的分散性增加,并以BSA和LSZ兩種蛋白測(cè)定了HAP以及改性粒子對(duì)蛋白質(zhì)的吸附和釋放。在吸附過程中,改性g-HAP比納米HAP的單位質(zhì)量蛋白質(zhì)吸附量大,表明HAP表面接枝疏水性聚合物可以增加蛋白質(zhì)吸附性能;在釋放過程中,改性后BSA的釋放速率也比HAP快【2】。2.3對(duì)片狀鋅粉分散穩(wěn)定性的影響采用物理化學(xué)法，將實(shí)驗(yàn)室自制鋅粉分別添加鈦酸酯偶聯(lián)劑、硅烷偶聯(lián)劑和十二烷基苯磺酸鈉進(jìn)行表面改性，利用沉降法測(cè)試高度研究改性前后鋅粉的分散穩(wěn)定性。結(jié)果表明，不同種類、不同濃度的表面改性劑對(duì)鋅粉的分散穩(wěn)定性有較大的影響；其中，經(jīng)1．0％鈦酸酯偶聯(lián)劑改性后鋅粉的分散穩(wěn)定性有了明顯的改善，與進(jìn)口粉的分散穩(wěn)定性接近【3】。2.4納米CeO2的表面改性由于納米CeO2顆粒比表面積大、表面活性高，在使用過程中極易發(fā)生次生團(tuán)聚，分散穩(wěn)定性變差，影響其所具備的特性功能，因此如何改善顆粒在水相介質(zhì)中的分散和穩(wěn)定是關(guān)鍵。納米CeO2表面改性的效果用顆粒在水介質(zhì)中的粒度分布及zeta電位進(jìn)行評(píng)價(jià)，平均粒徑越小、粒度分布越窄，穩(wěn)定性越高，表明改性效果越好。工藝條件：1)改性劑質(zhì)量濃度60g/L、改性溫度25℃、改性時(shí)間4h、攪拌速率150r/min，pH9～11的工藝條件下，制備得顆粒粒度均勻、在水介質(zhì)中基本達(dá)到單分散的納米CeO2分散液【4】。2.5納米磁種材料表面改性超導(dǎo)磁分離水處理技術(shù)基本的原理是，先在水中加入磁種材料，利用磁種表面上的活性基團(tuán)吸附水中污染物，然后通過超導(dǎo)磁體產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)其分離。顯然，實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)磁分離水處理的核心是磁種材料。針對(duì)不同水源，水中污染物的成分譜，需要研制出適合的磁種，以保證能夠吸附各種污染物。對(duì)幾種醫(yī)藥化工及電鍍廢水處理實(shí)驗(yàn)表明，平均去除率可達(dá)90%以上【5】。2.6透明光學(xué)材料的表面改性技術(shù)如今透明光學(xué)材料正朝著在增透、防霧、高硬度的方向發(fā)展，同時(shí)該技術(shù)也是國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域研究的熱門課題。目前最為經(jīng)濟(jì)合理的防霧方法就是在玻璃上涂沫一層親水物質(zhì)，經(jīng)烘干后得到牢固、穩(wěn)定的防霧膜。經(jīng)研究表明，以Si-O-Si網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)作為前體物的水溶膠中加入具有乙烯基雙鍵的丙烯酸類親水材料，既能保證膜層具有良好的親水性和透光率，又能保證膜層與基片連接牢固。在保證膜層增透、高硬度的同時(shí)，還保證了光學(xué)鏡片的防霧功能【6】。70~(2下攪拌0．5h，可使改性電氣石的活化指數(shù)達(dá)到97％；所得鋁酸酯改性電氣石表面具有較強(qiáng)的水特性，而沒有影響其晶體結(jié)構(gòu)【10】。2.11硅烷偶聯(lián)劑對(duì)龍巖高嶺土表面改性在我國高嶺土原料豐富且在加工過程中具有工藝簡(jiǎn)單、成本低廉等特點(diǎn)，是聚合物常用的無機(jī)礦物填料之一，但由于本身表面親水具有很強(qiáng)的極性，填充聚合物時(shí)難以分散均勻、易發(fā)生自身團(tuán)聚而產(chǎn)生相分離，一定程度上降低了聚合物的力學(xué)機(jī)械性能，必須對(duì)其進(jìn)行表面改性，改性的最佳實(shí)驗(yàn)條件為：偶聯(lián)劑用量為2％左右，改性pH在8—1O，改性溫度為60℃，反應(yīng)時(shí)間40min。高嶺土經(jīng)過活化處理后，在液體石蠟中的分散性和穩(wěn)定性均得到明顯提高；偶聯(lián)劑與高嶺土之間以化學(xué)鍵合作用為主【18】。3材料表面改性的研究進(jìn)展3.1超細(xì)無機(jī)粉體材料超細(xì)無機(jī)粉體在塑料、橡膠、油漆、涂料、油墨等領(lǐng)域作為填料廣泛使用。可采用各種方法對(duì)超細(xì)無機(jī)粉體進(jìn)行表面有機(jī)化改性,以降低其表面極性和比表面能,從而減少粒子間的團(tuán)聚現(xiàn)象,提高粉體與有機(jī)高聚物之間的親和性,改善粉體在有機(jī)高聚物本體內(nèi)的分散性。表面改性方法很多,無論采用哪種方法,在考慮處理效果的同時(shí)也要考慮處理費(fèi)用、填充量以及材料某些特殊功能所帶來的綜合經(jīng)濟(jì)效益。超細(xì)無機(jī)粉體的表面改性是與應(yīng)用密切關(guān)聯(lián)的技術(shù),國內(nèi)超細(xì)無機(jī)粉體表面改性技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)力來自應(yīng)用或市場(chǎng)【11】。3.2金屬粉體表面改性綜述粉體表面改性的原理及相關(guān)理論是表面改性技術(shù)的基礎(chǔ)。它涉及到粉體的表面性質(zhì)，粉體的表面與表面改性劑的作用機(jī)理，如吸附或化學(xué)反應(yīng)的類型，作用力或鍵合力的強(qiáng)弱，熱力學(xué)性質(zhì)的變化等等。對(duì)粉體進(jìn)行表面改性，可以賦予粒子諸多優(yōu)異性能，是提高粉體性能的有效途徑。金屬粉體的表面改性具有以下幾點(diǎn)意義：(1)改善粉體在水或有機(jī)介質(zhì)中的潤濕性或分散性。(2)根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用需求，強(qiáng)化或減弱粉體在某些方面的性質(zhì)。(3)金屬粉體經(jīng)過改性后，與基體間有較強(qiáng)的親和力和相容性，生成的復(fù)合材料性能更佳【12】。3.3鑄造鋁合金表面改性鑄造鋁合金是鋁合金家族中用途較廣的一種，耐腐蝕、耐磨性能較低是其缺點(diǎn)。表面改性是提高其耐腐蝕性能及耐磨性能的主要方法之一目前，為改善鑄造鋁合金耐腐蝕耐磨性能而采用的表面改性方法主要有：微弧氧化法、激光表面處理法、化學(xué)鍍、電鍍法以及陽極氧化法。應(yīng)繼續(xù)著力對(duì)鑄造鋁合金的表面耐磨性能、抗腐蝕性能進(jìn)行研究，從新技術(shù)、新工藝如表面納米強(qiáng)化、表面復(fù)合物強(qiáng)化方面對(duì)鑄造鋁合金進(jìn)行改性，才能使鑄造鋁合金的應(yīng)用提高到一個(gè)新的高度【13】。3.4PET表面改性研究聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)具有優(yōu)異的機(jī)械性能和良好化學(xué)穩(wěn)定性及衛(wèi)生性_1J，在紡織、包裝、農(nóng)業(yè)及生物醫(yī)藥等領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用。但是由于PET大分子鏈結(jié)構(gòu)規(guī)整，結(jié)晶度較高，且分子中無強(qiáng)極性基團(tuán)，故其表面親和性較差，因此很大程度上影響了PET材料的表面親水性、印刷性、染色性以及血液相容性等性能。PET表面改性方法主要有：化學(xué)接枝改性、紫外光輻照接枝改性、高能射線輻照接枝改性、等離子體處理接枝改性以及臭氧氧化改性等；通過PET表面改性，可以改善PET的親水性、抗靜電性、粘附性和生物相容性等性能；目前PET表面改性多采用在PET表面進(jìn)行化學(xué)接枝的方法【14】。3.5氫氧化鎂阻燃劑表面改性氫氧化鎂作為阻燃助劑時(shí)，存在易團(tuán)聚、分散性差、相容性差等問題，因此，改善其表面性質(zhì)是研究的重要課題。目前，氫氧化鎂的改性方法主要是表面化學(xué)改性和膠囊化改性。主要的表面改性方法是干法和濕法。其中，濕法改性工藝雖稍顯復(fù)雜，但效果好，成本低，使用廣泛。一步微乳液懸浮聚合法和水浴加熱法等方法為氫氧化鎂的改性研究提出了新的思路。開發(fā)氫氧化鎂制備與改性同步完成工藝、聚合氫氧化鎂／復(fù)合材料工業(yè)生產(chǎn)裝置等，將成為未來氫氧化鎂阻燃劑產(chǎn)品研究的發(fā)展方向【16】。4結(jié)論目前的表面改性技術(shù)已經(jīng)逐漸趨于成熟但還未達(dá)到我們的期望。表面改性的發(fā)展趨勢(shì)是：在現(xiàn)有的表面改性的基礎(chǔ)上、通過技術(shù)進(jìn)步降低生產(chǎn)成本，尤其是各種偶聯(lián)劑的成本；同時(shí)運(yùn)用先進(jìn)化學(xué)、高分子、生化和化工科學(xué)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，研究開發(fā)應(yīng)用性能好、成本低、在某些應(yīng)用領(lǐng)域有專門性能或特殊功能并能與粉體表面和基質(zhì)材料形成牢固作用的新型表面改性劑。文獻(xiàn)：【1】劉婷，陸紹榮，王一靚，張晨曦，黃志義表面改性劑對(duì)SF/PP復(fù)合材料性能的影響【2】王巖,肖艷,郎美東華東理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院表面改性對(duì)羥基磷灰石蛋白吸附的影響【3】白艷霞趙麥群金文蜂趙陽王婭輝榆林學(xué)院化工學(xué)院榆林西安理工大學(xué)材料學(xué)與工程學(xué)院西安表面改性對(duì)片狀鋅粉分散穩(wěn)定性的影響【4】王明軒曾曉飛沈志剛陳建峰北京化工大學(xué)納米材料先進(jìn)制備技術(shù)與應(yīng)用科學(xué)教育部納米CeO2的表面改性及其在水介質(zhì)中的分散性能【5】陳顯利田野張浩楊慧慧吳敏東北大學(xué)工商管理學(xué)院沈陽水務(wù)集團(tuán)有限公司水業(yè)技術(shù)研發(fā)中心中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所納米磁種材料表面改性及其水吸附性能【6】李堅(jiān)，劉佳一，張陽德一種新型納米增透防霧膜對(duì)光學(xué)鏡片的表面改性【7】鐵生年，李星青海大學(xué)非金屬材料研究所半導(dǎo)體制造用碳化硅粉體偶聯(lián)劑表面改性【8】郝喜海，李慧敏，李菲，史翠平，孫淼湖南工業(yè)大學(xué)包裝新材料與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室湖南工業(yè)大學(xué)包裝與材料工程學(xué)院納米二氧化鈦的表面改性研究【9】章斌淺談納米無機(jī)粉體的表面改性【10】胡應(yīng)模，熊佩，楊雪，邊靜，朱建華，王清嶺中國地質(zhì)大學(xué)材料科學(xué)與5-程學(xué)院鋁酸酯對(duì)電氣石的表面改性及其表征【11】史春薇姚娟娟遼寧石油化工大學(xué)南京金渤島科貿(mào)有限公司超細(xì)無機(jī)粉體材料表面改性研究進(jìn)展【12】云錫研究設(shè)計(jì)院張振華金屬粉體表面改性綜述【13】黃有國，李慶余，王紅強(qiáng)廣西師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院鑄造鋁合金表面改性研究進(jìn)展【14】王甜甜，王