改性會議：2025年功能粉體表面改性技術應用創(chuàng)新發(fā)展大會將于10月召開，報名請聯(lián)系馮經(jīng)理18301216601，涉及非金屬礦粉體企業(yè)：碳酸鈣、方解石粉、硅微粉、滑石、重晶石、硫酸鋇、硅灰石、高嶺土、膨潤土、云母、硅藻土、凹凸棒石、海泡石、電氣石粉等；功能性粉體企業(yè)：氫氧化鎂、氫氧化鋁、氧化鋁、鈦白粉、白炭黑、氧化鐵紅、珠光云母、導熱填料、氧化鋅、勃姆石、粉煤灰、碳化硅、玻璃微珠、鋁粉、銅粉、納米粉體等；硬脂酸、偶聯(lián)劑等藥劑和改性設備企業(yè)；塑料、橡膠、涂料等粉體材料下游應用企業(yè)。
納米氧化鋅是一種新型的功能精細無機化工材料，由于其粒子尺寸小、比表面積大，在化學、光學、生物和電學等方面具有獨特的物理化學性能，廣泛應用于抗菌添加劑、催化劑、橡膠、染料、油墨、涂料、玻璃、壓電陶瓷、光電子以及日用化工等領域，開發(fā)利用前景廣闊。
但由于納米氧化鋅具有比表面積大和比表面能大等特點，表面極性較強，自身易團聚；在有機介質中不易均勻分散，這就極大地限制了其納米效應的發(fā)揮。因此對納米氧化鋅粉體進行分散和表面改性成為納米材料在基體中應用前必要的處理手段。
1、表面活性劑改性
表面活性劑改性是指通過靜電作用讓表面活性劑在納米材料表面形成有機包覆，進而提升其對于有機基體的相容性。
A.E.Saeed等人使用SDS、HY、CTAB和TX-100四種表面活性劑分別分散納米氧化鋅顆粒并將其沉積到棉纖維上，隨后對負載納米氧化鋅的棉纖維的耐清洗能力和抗菌性能進行了研究。結果表明，表面活性劑的使用降低了沉積在棉纖維上的納米氧化鋅的顆粒尺寸，并明顯減少了10次洗滌后納米氧化鋅在水溶液中的浸出損失。同時研究還發(fā)現(xiàn)，SDS和HY處理后復合材料的抗菌率相較于未添加表面活性劑時有了明顯的提高。
表面活性劑改性雖然工藝簡便，但改性效果一般較差，很難在納米材料表面形成穩(wěn)定牢固的包覆。
2、機械化學改性
機械化學改性利用機械力的作用使納米材料的物理化學性質發(fā)生變化，從而增強其與其他物質的親和力和反應活性。
G.X.Du等人利用濕法研磨工藝對納米氧化鋅粉末進行機械化學改性，并對研磨后氧化鋅顆粒的性能變化進行了研究。結果表明，研磨過程中部分機械能轉化為納米氧化鋅的表面能，使納米材料的表面得到了激活。同時該過程還降低了Zn和O原子之間的結合能，使納米氧化鋅表面形成了更多的締合羥基。
但機械化學改性所需要花費的時間通常較長，且其對納米材料的改性效果普遍較差。
3、高能改性
高能改性是利用等離子體或輻照處理使有機化合物單體聚合并包覆在納米材料表面的一種改性方法。
S.Ma等人使用Ar-H交流電弧等離子體對納米氧化鋅進行改性，之后在水介質中測試了改性和未改性納米氧化鋅對羅丹明B的光催化降解能力。結果表明，經(jīng)過等離子體處理120min后，氧化鋅對羅丹明B的光催化降解速率提升了約20倍。經(jīng)過五次循環(huán)催化實驗后，改性氧化鋅仍表現(xiàn)出良好的光催化活性。
高能改性的效果通常要好于前兩種方法，但其具有耗能高、技術難度大等缺點。
4、酯化法改性
酯化法是利用高級脂肪酸或不飽和有機酸等改性劑中的羧酸基團與納米材料表面的羥基發(fā)生酯化反應，從而實現(xiàn)表面改性的一種方法。
F.Z.Benabid等人使用硬脂酸對納米氧化鋅進行改性，之后將改性和未改性的納米氧化鋅分別加入到HDPE當中，并對兩種納米復合材料的表面形貌和導電性能進行了研究。結果表明，改性后的納米氧化鋅在HDPE中具有更好的分散效果，并且硬脂酸改性還能有效減少納米氧化鋅的加入對于復合材料電導率的影響。
酯化法過程簡便，但其改性效果欠佳，通常需要和偶聯(lián)劑法配合使用。
5、聚合物接枝法
聚合物接枝法是一種先將聚合物單體接枝到納米材料表面，再引發(fā)聚合反應增長碳鏈，最后讓聚合物包覆整個納米材料的改性方法。
徐玉東等人以偶氮二異丁腈為引發(fā)劑，讓甲基丙烯酸鋅和甲基丙烯酰胺發(fā)生聚合反應。先在納米氧化鋅表面生成低聚物配體，之后再進一步聚合生成內表面為聚甲基丙酸酯，外表面為聚甲基丙烯酰胺的殼狀結構，隨后對這種具有核-殼結構的改性納米氧化鋅量子點的分散性能、發(fā)光性能和細胞毒性進行了測試。結果表明，合成的納米氧化鋅量子點在水溶液中分散良好并且能夠實現(xiàn)正常發(fā)光。其對生物細胞無毒害作用，是一種安全、高效的生物熒光探針。
聚合物接枝法操作復雜，改性效果受多種因素的影響，難以得到廣泛應用。
6、偶聯(lián)劑改性
偶聯(lián)劑以硅或金屬元素為中心，兩側分別擁有可以連接無機和有機基體的兩種性質不同的基團，通過這三部分的共同作用來實現(xiàn)其對納米材料的化學改性。
J.Wei等人使用APS硅烷偶聯(lián)劑對納米氧化鋅進行改性，并將改性和未改性的納米氧化鋅分別分散到無水乙醇當中制備印刷油墨作為光伏電池的電子傳輸層材料，之后對這兩種油墨的性能進行了比較。結果表明，改性后納米氧化鋅能夠更好地分散在無水乙醇當中，并保持12個月不發(fā)生團聚。以其作為原料制備的電子傳輸層材料具備更高的電子傳輸效率，能夠在更薄的條件下達到器件的性能標準。
H.Yari等人使用帶有甘氨酰氧基和氨基官能團的硅烷偶聯(lián)劑對納米氧化鋅進行化學改性，并將改性和未改性的納米氧化鋅分別加入到環(huán)氧涂層中進行抗風化性能測試。結果表明，帶有甘氨酰氧基的硅烷偶聯(lián)劑改性的納米氧化鋅加入的環(huán)氧涂層在經(jīng)過450h加速風化實驗后的接觸角變化、顏色變化和羰基變化都相對更小，其抗風化性能相較于含有未改性納米氧化鋅的環(huán)氧涂層有了明顯的提升。
偶聯(lián)劑法過程簡便、改性效果好、成本低，是最具前景的一種改性方法。
對比上述研究中不同的表面改性方法，綜合考慮改性效果和難易程度，可以發(fā)現(xiàn)酯化法和偶聯(lián)劑法更適用于納米材料的表面改性。
資料來源：《張瀟軒.納米ZnO的表面改性及其在抗菌涂料中的應用[D].西安理工大學,2023》，由【粉體技術網(wǎng)】編輯整理，轉載請注明出處！
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