纳米氧化锌表面改性研究

徐随春 胡雪梅 王毅博 赵春宝

（南京信息职业技术学院微电子学院，江苏 南京210046）

纳米氧化锌具有优异的化学稳定性、较低的介电常数以及良好的光电特性，已广泛地应用于聚合物改性方面[1]。但由于纳米氧化锌颗粒的表面能比较高，极容易团聚，直接加入到聚合物基体中难以均匀分散，也就无法达到预期的改性效果。因此，对纳米氧化锌进行表面改性已成为其在聚合物中广泛应用的关键因素。目前，纳米氧化锌表面改性方法较多，其中采用硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、或有机高分子等物质对纳米粒子进行表面包覆是一种行之有效的手段[2-5]。本文采用硅烷偶联剂KH-570对纳米氧化锌进行改性，通过红外光谱和热重分析对改性纳米氧化锌进行了结构表征。

1 实验部分

1.1 实验原料

纳米氧化锌（Nano-ZnO），平均粒径50nm，南京海泰纳米材料有限公司；硅烷偶联剂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；无水乙醇，分析纯，南京化学试剂有限公司。

1.2 纳米氧化锌表面改性

配制600ml乙醇水溶液（二者体积比为3：1），加入适量的硅烷偶联剂KH-570（加入量为氧化锌质量的5%），磁力搅拌30min后加入40g纳米氧化锌，继续磁力搅拌20min，然后超声分散30min。将上述乙醇分散液放入油浴中85℃回流2h，反应结束后经冷却、乙醇和蒸馏水分别洗涤2次，100℃真空干燥8小时，研磨后待用。

1.3 改性纳米氧化锌的表征

采用BRUKERTENSOR 27型红外光谱仪（德国布鲁克公司）对氧化锌晶须改性前后的表面结构进行分析。通过瑞士METTLER TOLEDO TGA/SDTA 851e热重分析仪研究复合材料的热稳定性，氮气气氛，升温速率20℃/min。

2 结果讨论

2.1 红外光谱分析（FT-IR）

图1 KH-570处理前后的纳米ZnO红外光谱图

图1 是经KH-570改性前后的纳米ZnO红外光谱图。在KH-570改性纳米ZnO的红外光谱图中，在2923cm-1左右的特征峰为-CH2-和-CH3中的C-H键的伸缩振动峰，1704cm-1处存在对应C=O键的振动峰，1639cm-1处存在对应C=C键的伸缩振动峰，1175cm-1对应着CO-C振动峰。对比纳米ZnO改性前后的红外光谱图，可以证明硅烷偶联剂KH-570已经包覆到纳米ZnO的表面。

2.2 热重分析（TGA）

图2是KH-570处理前后的纳米ZnO的TGA曲线。从纳米氧化锌改性前后的TGA曲线可以看出，经过硅烷偶联剂KH-570处理前后的氧化锌热失重曲线变化较大。对于原始纳米氧化锌的TGA曲线，在350℃之前没有明显失重，即使到500℃左右，样品的失重率也仅为0.4%，这主要是氧化锌表面少量的羟基所导致。当采用KH-570改性后，纳米ZnO随着温度升高持续失重明显，在500℃时，样品总的失重率达到5.5%，其中在200℃以上时的失重应主要是KH-570燃烧所致。可见，KH-570分子已较好的包覆到氧化锌粒子的表面。

图2 KH-570处理前后的纳米ZnO的TGA曲线

3 结论

通过红外光谱分析（FT-IR）和热重分析（TGA）对硅烷偶联剂KH-570改性前后的纳米氧化锌进行结构表征，结果表明KH-570分子已成功包覆到纳米氧化锌粒子表面。

［1］佘利娟,韩静香,刘宝春.硅烷偶联剂对纳米氧化锌的表面改性研究[J].化工时刊,2010,24(6)：15-20.

［2］汤国虎.钛酸酯偶联剂表面改性纳米氧化锌[J].化工技术与开发,2013,42(9)：8-9.

［3］张钟楷,汪进前,盖燕芳,等.钛酸酯偶联剂对纳米氧化锌表面改性研究[J].现代纺织技术,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.