毕业设计文献综述
摘要：SiO2粒径较小、比表面积大、表面活性高且稳定性差，且纳米颗粒间易发生团聚，导致其分散性和相容性较差。为了充分利用SiO2的性能，利用硅烷偶联剂KH-570和钛酸酯偶联剂对SiO2进行表面改性，然后对PVC进行改性并进行比较，测试其力学性能。同时考察偶联剂用量对材料改性效果的影响，进行各项表征或测试。
关键词：偶联剂，改性SiO2，力学性能
1.简介
1.1纳米SiO2及偶联剂改性
SiO2俗称“白炭黑”，作为添加剂、催化剂载体常用于各行业[1]。单分散纳米SiO2粒子由于粒径较小、比表面积大、表面活性高且稳定性差，颗粒之间容易团聚，与此同时，SiO2表面存在大量的羟基，亲水性强，在有机介质中难以均匀分散[2]，容易造成界面缺陷，从而导致复合材料的性能降低。为提高纳米SiO2粒子的分散性，改善颗粒与基体间的相容性，扩大纳米SiO2粒子的应用范围，增加粒子的稳定性，需要对粒子进行表面改性。[3]表面改性即利用一定的化学试剂，使之SiO2表面的 -OH 发生反应，消去或减少SiO2粒子表面羟基的含量，是表面的亲水性转变为疏水性，从而提高其与聚合物的亲和性，达到预期目的。
偶联剂法是SiO2表面改性中常用的一种方法。偶联剂是一种同时具有能分别于无机物和有机物反应的两种性质不同官能团的低分子化合物，其中偶联剂经水解反应后生成硅羟基，与纳米SiO2表面的羟基发生缩合反应形成硅氧键，来实现对纳米SiO2表面的烷基化处理，将亲水性转变为疏水性。经过偶联剂改性后的纳米SiO2，样品的分散效果明显增加，改性后的样品的颗粒粒径增大，比表面积减小；改性样品的疏水性增强，对水的接触角明显大于未改性样品。[4]
1.2理化性质
纳米 SiO2 是一种白色粉末，其表面可能存在 3 种羟基：孤立的自由羟基；相互形成氢键的缔合羟基；两个羟基连在一个硅原子上的羟基［5］。常规的纳米 SiO2 因极易团聚，而影响到其性能的发挥［6］。纳米SiO2粒子表面大量的羟基和不饱和悬空键的存在又为其表面改性提供了有利条件，通过偶联剂与纳米 SiO2 表面的硅羟基和不饱和键的反应，可以在纳米SiO2粒子表面引入功能性基团，从而使SiO2粒子物化性能和应用性能得到改善。
当纳米SiO2采用具有非极性有机官能团的偶联剂改性时，其表面具有很好的疏水性，通常被用于涂料等高分子材料中［7］。
偶联剂改性纳米 SiO2 的应用
2.1,在塑料中的应用
纳米SiO2材料可对塑料起到增韧、增强的效果，还可改善塑料的抗老化性。同时，当SiO2体系加入偶联剂时，塑料的抗冲击性能要明显高于不加偶联剂的情况，这是因为偶联剂改善了界面黏结，保证填料在基体充分结合，材料的模量和强度均有所提高，韧性也显著改善。
2.2在硅橡胶中的应用
硅橡胶的主链由无机硅氧键组成，侧基为烃类有机基团，因而具有极好的低温性能和耐热、耐老化性能。但是，由于硅橡胶分子间作用力弱，机械强度极差，如果不填充补强填料几乎没有使用价值，而偶联剂改性SiO2可以在硅橡胶分子间以交联中心的形式存在，提高了分子间作用力，并且消除了结构化效应，大大改善了与硅橡胶表面的润湿性和分散性，提高了补强填料的用量，以提高力学性能。[8]
2.3在涂料中的应用
在涂料中添加了改性纳米SiO2粒子后，可使涂料的附着力、抗冲击、柔韧性等性能得到提高，还可以提高涂料的耐老化、耐腐蚀、抗辐射性能。此外，纳米改性涂料还可能呈现出自清洁、抗静电、隐身吸波、阻燃等特殊性能。[9]
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