納米氧化鋅表面改性研究

徐隨春 胡雪梅 王毅博 趙春寶

（南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院微電子學(xué)院，江蘇 南京210046）

納米氧化鋅具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、較低的介電常數(shù)以及良好的光電特性，已廣泛地應(yīng)用于聚合物改性方面[1]。但由于納米氧化鋅顆粒的表面能比較高，極容易團聚，直接加入到聚合物基體中難以均勻分散，也就無法達到預(yù)期的改性效果。因此，對納米氧化鋅進行表面改性已成為其在聚合物中廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵因素。目前，納米氧化鋅表面改性方法較多，其中采用硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、或有機高分子等物質(zhì)對納米粒子進行表面包覆是一種行之有效的手段[2-5]。本文采用硅烷偶聯(lián)劑KH-570對納米氧化鋅進行改性，通過紅外光譜和熱重分析對改性納米氧化鋅進行了結(jié)構(gòu)表征。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

納米氧化鋅（Nano-ZnO），平均粒徑50nm，南京海泰納米材料有限公司；硅烷偶聯(lián)劑KH-570（γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷），南京能德化工有限公司；無水乙醇，分析純，南京化學(xué)試劑有限公司。

1.2 納米氧化鋅表面改性

配制600ml乙醇水溶液（二者體積比為3：1），加入適量的硅烷偶聯(lián)劑KH-570（加入量為氧化鋅質(zhì)量的5%），磁力攪拌30min后加入40g納米氧化鋅，繼續(xù)磁力攪拌20min，然后超聲分散30min。將上述乙醇分散液放入油浴中85℃回流2h，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)冷卻、乙醇和蒸餾水分別洗滌2次，100℃真空干燥8小時，研磨后待用。

1.3 改性納米氧化鋅的表征

采用BRUKERTENSOR 27型紅外光譜儀（德國布魯克公司）對氧化鋅晶須改性前后的表面結(jié)構(gòu)進行分析。通過瑞士METTLER TOLEDO TGA/SDTA 851e熱重分析儀研究復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性，氮氣氣氛，升溫速率20℃/min。

2 結(jié)果討論

2.1 紅外光譜分析（FT-IR）

圖1 KH-570處理前后的納米ZnO紅外光譜圖

圖1 是經(jīng)KH-570改性前后的納米ZnO紅外光譜圖。在KH-570改性納米ZnO的紅外光譜圖中，在2923cm-1左右的特征峰為-CH2-和-CH3中的C-H鍵的伸縮振動峰，1704cm-1處存在對應(yīng)C=O鍵的振動峰，1639cm-1處存在對應(yīng)C=C鍵的伸縮振動峰，1175cm-1對應(yīng)著CO-C振動峰。對比納米ZnO改性前后的紅外光譜圖，可以證明硅烷偶聯(lián)劑KH-570已經(jīng)包覆到納米ZnO的表面。

2.2 熱重分析（TGA）

圖2是KH-570處理前后的納米ZnO的TGA曲線。從納米氧化鋅改性前后的TGA曲線可以看出，經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑KH-570處理前后的氧化鋅熱失重曲線變化較大。對于原始納米氧化鋅的TGA曲線，在350℃之前沒有明顯失重，即使到500℃左右，樣品的失重率也僅為0.4%，這主要是氧化鋅表面少量的羥基所導(dǎo)致。當(dāng)采用KH-570改性后，納米ZnO隨著溫度升高持續(xù)失重明顯，在500℃時，樣品總的失重率達到5.5%，其中在200℃以上時的失重應(yīng)主要是KH-570燃燒所致。可見，KH-570分子已較好的包覆到氧化鋅粒子的表面。

圖2 KH-570處理前后的納米ZnO的TGA曲線

3 結(jié)論

通過紅外光譜分析（FT-IR）和熱重分析（TGA）對硅烷偶聯(lián)劑KH-570改性前后的納米氧化鋅進行結(jié)構(gòu)表征，結(jié)果表明KH-570分子已成功包覆到納米氧化鋅粒子表面。

［1］佘利娟,韓靜香,劉寶春.硅烷偶聯(lián)劑對納米氧化鋅的表面改性研究[J].化工時刊,2010,24(6)：15-20.

［2］湯國虎.鈦酸酯偶聯(lián)劑表面改性納米氧化鋅[J].化工技術(shù)與開發(fā),2013,42(9)：8-9.

［3］張鐘楷,汪進前,蓋燕芳,等.鈦酸酯偶聯(lián)劑對納米氧化鋅表面改性研究[J].現(xiàn)代紡織技術(shù),2013,4：8-10.

［4］Tang E,Cheng G,Ma X,et al.Surface modification of zinc oxide nanoparticle by PMAA and its dispersion in aqueous system [J].Applied Surface Science,2006,252：5227-5232.

［5］Hong R Y,Li J H,Chen L L,et al.Synthesis,surface modification and photocatalytic property of ZnO nanoparticles[J].Powder Technology,2009,189：426-432.