二氧化硅(SiO2)的表面有机化及其在聚合物中的应用--本科毕业论文.pdf
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1. 前言............................................. 错误！未定义书签 1.1 纳米二氧化硅简述 ............................ 错误！未定义书签 1.1.1 纳米二氧化硅的结构.................... 错误！未定义书签 1.1.2 纳米二氧化硅的性质.................... 错误！未定义书签 1.1.3 纳米二氧化硅的运用.................... 错误！未定义书签 1.2 聚合物基聚丙烯（ PP ）简述 .................... 错误！未定义书签 1.2.1 聚丙烯结构性能特点.................... 错误！未定义书签 1.2.2 聚丙烯的改性目的...................... 错误！未定义书签 2. 纳米二氧化硅有机化机理 ........................... 错误！未定义书签 2.1 纳米二氧化硅有机化原因 ...................... 错误！未定义书签 2.2 纳米二氧化硅表面有机化方法.................. 错误！未定义书签。
2.3. 硅烷偶联剂法 ............................... 错误！未定义书签 2.3.1 硅烷偶联剂简述........................ 错误！未定义书签 2.3.2 纳米二氧化硅表面有机化原理（硅烷偶联剂KH550 ）错误！未定义书签 3. 实验部分 ......................................... 错误！未定义书签 3.1 实验原料与试剂 .............................. 错误！未定义书签 3.2 实验设备与仪器 .............................. 错误！未定义书签 3.3 实验步骤 .................................... 错误！未定义书签 3.3.1 纳米二氧化硅表面有机化实验步骤........ 错误！未定义书签 3.3.2 改性聚丙烯实验步骤.................... 错误！未定义书签 3.4 测试与检测分析讨论 .......................... 错误！未定义书签 3.4.1 纳米二氧化硅表面检测.................. 错误！未定义书签。
3.4.2 对拉伸强度的影响...................... 错误！未定义书签 3.4.3 对拉伸模量的影响...................... 错误！未定义书签 3.4.4 弯曲强度的影响........................ 错误！未定义书签 3.4.5 V型缺口冲击强度的影响............... 错误！未定义书签 4. 结论............................................. 错误！未定义书签 参考文献 ........................................... 错误！未定义书签 致谢............................................... 错误！未定义书签SiO2的表面有机化及其在聚合物中的应用专业：高分子材料与工程姓名： ** 指导老师： ** 摘 要：本文主要简要介绍纳米级二氧化硅（SiO2）粒子结构特性与运用，以及纳米SiO2表面有机化处理的机理和主要方法同时以聚丙烯（ PP）材料为例作为实验讨论的聚合物基材，表面有机化用硅烷偶联剂为例对纳米二氧化硅进行处理来进行相关实验操作，通过熔融共混方法挤出制造聚丙烯基纳米SiO2改性粒料。
然后用对照方法对纯聚丙烯与含量不同纳米SiO2表面有机化改性过的聚丙烯材料的相关性能（如拉伸、冲击、弯曲强度等）进行比较，讨论研究纳米SiO2表面有机化处理后改性聚合物材料对其相关性能的影响，然后分析纳米 SiO2/聚合物复合材料中的运用，通过这些来最后展望其在未来各个材料领域的发展前景关键词纳米二氧化硅，硅烷偶联剂，聚丙烯，表面有机化ABSTRACT In this paper, we briefly introduce nanoscale silica (SiO2) particles structure features and application, and the mechanism of nanometer organic silica surface treatment and the main method. Polypropylene (PP) material, for example at the same time as the experiment discussed polymer base material, the surface organic paraphrase silane coupling agent as an example to deal with nanometer silicon dioxide to carry out related experimental operation, by the method of melt blending extrusion manufacturing polypropylene nano-composite silica modified aggregate. Then use contrast method for pure polypropylene with nano-silica surface organic modification of polypropylene material performance (tensile, impact and melt index, etc.) are compared, discussed the nanometer organic silica surface modification of polymer material impact on its performance, and nanometer silicon dioxide and the reaction mechanism of organic polymer and its use in polymer matrix composites, finally forecasts the prospects of the development of various fields in the future. Key Words：Nano silicaSilane coupling agent PolypropyleneOrganic 1 1.前言有机-无机纳米复合材料在当今社会的发展非常快，它被誉为“21世纪的新材料”。
这是因为它与传统的复合聚合物基材料相比，由于添加了纳米粒子从而带来的表面与界面效应，造成纳米复合材料具有优于相同化学成分的常规复合材料的力学性能和热性能等[1]但是要充分发挥纳米粒子的性能就要对其表面进行修饰与处理，即有机化处理这样就能增加它在聚合物基里的分散性，这样材料性能就会更加完善纳米 SiO2作为最常用的无机粒子， 被广泛的运用到塑料、 橡胶改性方面，其主要是利用纳米SiO2优良的补强性和透光性 近年来对其的研究较多，而且成果也很显著，但还是有很多问题需要研究，如纳米二氧化硅在聚合物基中均匀分散问题以及纳米二氧化硅和聚合物界面结合问题等， 这些都需要对纳米二氧化硅表面有机化处理进行研究，找出最好的解决办法1.1 纳米二氧化硅简述1.1.1 纳米二氧化硅的结构纳米二氧化硅，具有无定形的三维网状结构，它是由以硅（Si ）原子为中心，氧 (O)原子为顶点所形成的四面体不规则堆积而成其分子简式为 SiO2-x（x 为 0.4 －0.8） 纳米 SiO2的粒子表面存在不相同的键合状态羟基， 并且因为缺氧而偏离了稳态的硅氧结构纳米 SiO2粒子表面上有三种羟基： 第一种是一种没有受到干扰的孤立自由羟基（-OH ） ；第二种是一种连生的 -OH ；第三种是一类双生的 -OH,也就是2 说它们的两个 -OH连在了一个硅原子上。
在这三种-OH中只有第二种连生的它们能够相互通过氢键结合在一起而另外两种孤立的和双生的-OH都没有形成氢键纳米SiO2 粒子的表面结构图如下所示1.1.2 纳米二氧化硅的性质纳米 SiO2呈半透明状态， 是一种白颜色， 没有毒性，没有固定形态的微细粉末状物质它的化学性质比较稳定，耐很高的温度，不能燃烧，无味，无毒，无污染，具有很好的电绝缘性和热阻性的无机材料纳米 SiO2粒径十分小，一般为 10 至 40 纳米就是因其粒径很小，所以它的比表面积很大， 造成表面的吸附力非常强， 表面能也就很大同时它的质量十分轻， 分散性能比较好 这些造成其它有优越的补强性能、增稠性能、 触变性能，这些能够使其在很多的领域内具有非常独特的性质1.1.3 纳米二氧化硅的运用纳米 SiO2俗称“超微细白炭黑”，在各行业得到了广泛运用[2]现在它主要是被用来当添加剂、催化剂载体，石油化工，脱色剂，消光剂等它可以为橡胶进行补强，对油墨加工进行增稠，在金属加工时候当作的软性磨光剂， 绝缘绝热材料或着塑料方面的充填剂而且3 在那些高级的日用化妆品填料领域及喷涂材料、医药、环保等各种领域都有很好的使用[2]在这些方面它不仅仅能提供很好的改性，也能最大限度的降低工业生产成本。
因此随着纳米 SiO2应用领域的不断扩大，需求趋势的不断发展， 很多国内外科研人员对纳米SiO2相关性能作了大量的研究以拓宽其使用范围和增加特性1.2 聚合物基聚丙烯（ PP）简述1.2.1 聚丙烯结构性能特点聚丙烯（ PP ）分子式：（C3H6）n，结构式： ，是由丙烯聚合而制得的的一种热塑性树脂按取代基甲基（-CH3）在主链平面的不同旋光异构排列位置可以分为等规PP （IPP） 、间规 PP(SPP) 和无规 PP(APP)三种 PP是一种没有毒性、没有臭味，颜色是乳白色的高结晶聚合物 同时它还是所有塑料中在目前最轻的一种[3] PP在水中特别稳定、成型性很好同时其拉伸强度、屈服强度、表面强度及弹性模量均较为优异，并且在恶劣环境中具有很突出的耐环境应力开裂性和耐磨性它的电性能和高频率下不导电的特性不会受到温度的变化而变化，而且它的化学稳定性比较好，耐腐蚀效果非常明显这些特点都为聚丙烯的工业运用提供了很广的领域1.2.2 聚丙烯的改性目的聚丙烯并不是十全十美， 它也拥有很多性能方面的缺陷，因此我们就需要对它进行符合人们需求的改性处理PP存在成型收缩率高、缺口冲击强度不高、韧性低、很容易就老化、在低温下呈现脆性和耐磨性不好等缺点。
因此在运用范围上， 尤其在作为结构材料工程塑料4 的运用受到非常大的限制近年来，PP的改性已是其能够工程化、精细化和功能化的重要手段以往的改性方法是加入橡胶来增加韧性，但是这样就会造成PP的刚度、模量和热性能降低[4]因而寻求新的改性 PP途径是高分子材料加工追求的目标，而用蒙脱土、SiO2、CaCO3等纳米级微粒填充PP的研究是最新的手段通过共混、插层等手段将纳米级填料例如基体PP中，利用纳米尺寸效应、大的比表面积以及强的界面作用力， 将填料和基体的性能结合获得更加符合人们预期的优异性能2.纳米二氧化硅有机化机理2.1 纳米二氧化硅有机化原因纳米 SiO2，它的表面含有 -OH，是一种呈半透明状白色粉末其化学性质稳定，具有许多优良性能，在橡胶、涂料、医药、造纸等。
