郑静1，王国宏1，王志刚2
(1.湖北师范学院化学与环境工程系，湖北黄石435002;2.华中科技大学化学系，武汉430074)
关键词:表面改性;纳米Fe2O3;亲油化度;表征
0引言
纳米Fe2O3由于具有良好的耐温、耐候、耐光、磁性等性能，并对紫外光具有强吸收和屏蔽效应，可广泛应用于高档、建筑涂料、防腐涂料、粉末涂料及塑料、尼龙、橡胶、油墨、磁记录材料、催化剂及生物医学等领域[1-3]。然而，纳米Fe2O3本身的极性和颗粒细微化，具有极大的比表面积和较高的比表面能，易于团聚，通常以二次聚集体的形式存在，限制了其超细效应的充分发挥，在有机介质中难以润湿和分散。因此，必须对其进行表面改性，目的是改善纳米Fe2O3表面的物理性质，提高纳米Fe2O3在有机介质中的分散能力和亲和力，改善加工工艺。纳米材料的表面改性方法分为物料吸附和化学改性两种[4]，未改性的Fe2O3表面覆盖有大量的羟基，属于极性物质，可表示为—Fe2O3—OH。本文采用化学改性方法，通过一定的工艺条件，利用有机改性剂和纳米Fe2O3表面的羟基发生反应，一方面，可以消除或减少表面羟基的量，使其从亲水性变为疏水性;另一方面，非极性基团展露在外与其他有机介质亲和，从而使界面张力降低，从而使Fe2O3颗粒相互分离，提高它与聚合物的亲和性。本文先将纳米Fe2O3置于去离子水中，使用超声波分散仪分散打浆，以亲油化度[5-6]为考核指标，分别以十二烷基苯磺酸钠、月桂酸钠、Span80、硬脂酸、WD-20硅烷偶联剂为改性剂处理纳米Fe2O3，并对改性剂的用量、pH值、改性时间进行了研究，得到了纳米Fe2O3表面改性的优艺条件。运用红外光谱和沉降实验等对粉体的改性效果进行了分析并探讨了其改性机理。
1实验部分
1.1原料
十二烷基苯磺酸钠、月桂酸钠、Span-80、硬脂酸、WD-20硅烷偶联剂、氢氧化钠、浓盐酸、、二甲苯:分析纯;蒸馏水;纳米氧化铁:自制。超声波分散仪(SK12000H):上海科技超声仪器有限公司;20SXB红外光谱仪:美国Nicolet公司;Diamond热质差热综合分析仪:美国PE公司;JEM-100CXⅡ透射显微镜:日本电子公司。
1.2实验方法
表面改性方法一般分干法和湿法，本实验采用湿法。将2.0g纳米Fe2O3加入150mL水中，超声预分散;再加入5种一定量备选改性剂(十二烷基苯磺酸钠、月桂酸钠、Span80、硬脂酸、硅烷偶联剂)，超声分散一定时间后过滤，用甲苯洗涤4次，干燥，得到改性纳米Fe2O3。以亲油化度为检测指标优选改性剂，并确定优化改性条件。
1.3亲油化度的测定[5-6]
亲油化度的大小是评价改性效果的标准之一，将表面改性的纳米Fe2O3置于50mL水中，加入甲醇。
2结果与讨论
2.1改性剂的选择
按1.2的方法，在pH值=7的条件下，加入0.3g备选改性剂，实验结果如图1。
YG—月桂酸钠;SE—十二烷基苯磺酸钠;GW—硅烷偶联剂;YZ—硬脂酸;SP—Span-80
图1不同改性剂对亲油化度的影响
图1表明，用硬脂酸、月桂酸钠、硅烷偶联剂改性的样品亲油化度较高;用硬脂酸、硅烷偶联剂改性的样品分散性好，综合成本等因素，选用硬脂酸为改性剂。