石
光等
纳米徽晶
纤维素的硅
烷偶联剂表面
改性研究
纳米微晶纤维
素的硅
烷偶联剂
表面改
性研究
石光,
孙林,
张力
华南师范大学化学与环境
学院广东广州 !∀∀∀#∃
摘要
纳米
徽晶纤
维素是一种具
有较大长径
比的
高结晶性材
料作为
高分子材
料的功能
改性荆具
有很
好
的
前景但由于纳米
徽晶纤维
素表面
极性
高通
常
分
散在水溶液
中加以利
用制约了其
在非
极性
及弱
极
性
高分子体系
中的应用
采用硅沈偶
联剂%& ∋∀
对
())
进行了表面改
性以期改
善())
的表面性能
提
高其在弱
极性体系
中的分
散性能
通过∗+,−
分
析表
明%& ∋。已
成功
接杖到())
表面,热重分
析表明
表
面改性后的())
的热
德定性
得到明显的改
善且吸水
率明显
下降残
余质.
提高/
射线衍射分析表明改性
前后())
的晶型没
有
发生变化0
改
性前后
的())
在
不
同溶剂
中的再分
散性能表明
采用%&
∋∀对())
进行表面改性能
够较好地改善())
在弱
极性溶剂
中
的再分
散状
态,
使())
在弱
极
性及非极
性体系
中的应
用
成为可能
关键词
纳米徽晶纤维素0
表面改性0
硅烷偶联
剂
中圈
分类
号+1
2 3
文
献标
识码4
文
章编号!∀∀!5∋2!
《3∀
∀6∃增刊
∀7 !∀2重要
由于
有
机硅烷偶
联剂
品种多样改性反
应容
易
实
施改
性效果明显,
是表面
含有轻基的物质
的常用
表面
改性方法859:。
〕
对无机纳米粒子
的表面
改性可
根据聚合物
基体树脂
的化学结构特
征选
择与基
体树
脂有较好
相容性或能与墓体树脂
发生
化学反
应的
有
机硅烷偶
联剂,
这样不仅能够改善
纳米粒子
在基
体中
的分散效果而
且也可以
改善纳米粒子
与基体
间的界
面
性能
由于())
表
面带有大.经基基团
具备
用硅
烷偶
联剂
进行表面改性的化学基础
但目
前关于
用硅
烷偶
联剂对())
进行表
面改性的
研究尚少见
报道本文
选用%& ∋∀在
乙醉溶液中
对())
进行表面改性以
期改变())
在低极性乃
至非
极性聚合
物基体中的分
散效果,
并
通过∗+,−+;4/−<
等对改性())
的
结构与性能
进行
了表征
3
实验
!
引官
纳米微
晶纤维素())
∃
不仅是
一种优
良的食
品改
性
添加剂,
另外,
其在聚
合物
基纳米复
合材料
领域中作
为一
种天
然的新型
的高
强度补强剂以
及功能性
添加
剂的应用也日
益引起人们的关注由于())
制备
过
程对水介质的依赖性以
及吸水性使至
今为止的研究
主要集中在
几种具有水溶性的聚
合物上,
比如聚氧化
乙烯
聚乙
二醇
等〔‘一们
这在
一定
程度
上限制
了其应
用
领域由于())
颗粒的比
表面积极大表面
经基十
分丰富在干
燥过程中,
粒子之间很容易通过氢键作
用而团
聚团
聚后的())
很难用物理方
法使其再分
散,
限制了其
应用前景王
能等8=,
‘〕
分别
对纳米微晶纤
维素的表
面进行醋酸醋化
经乙基化
和经丙墓化
改性,
利
用∗+,−+>
)≅(?−+;4
对改性产物进行表
征研究不
同的表面
改性方法对纳米微晶纤维素
性能
的影响结果表明,
利
用这几种方法改性后的())
经
干燥后
都可以
重新分散在适当的溶剂中,
且顺粒粒
径没
有明显
变化但不
同改性产物的热性能有所差异
因此,
对纳米微晶纤维素的表面
有
机化改性8!99
〕,
提高
())
的再分散性尤其
是在有机溶剂中的分徽性以
及
有机改性后在非水溶性聚
合物中
的应用等
间翅越来越3!
主要原料及仪9
硅烷
偶联剂%& ∋∀∃佛
山
市
道宁化工
有限公司9
棉
纤维为
医用脱脂棉
广州番禺万福卫生
用品有限公
司∃0
纳米微
晶纤维
素,
自制
主要仪器
川2∀∀
超声分散仪,
仆67∀!
型磁力搅
拌
器,Α&
珍Β型
循环水真
空泵,4Χ!∀7电
子
分析天
平
33
样品制
备
())
的制备
将棉
纤维
置于质
里分数为7
Δ的硫
酸溶液中
∋ ℃加热搅拌
!∀Ε,
得到乳黄色悬浮液停
止
加热后
再超声波展荡ΦΕ
,
加水冲
稀停止反
应静里
分
层
将上
层清液倒
去,
再离
心分离洗涤数次,
将悬
浮液转
移到透析袋中,
并置于去离子
水中浸
泡直至
中性过
滤,∋∀
℃真
空干燥得到粉末状纳米
微晶纤维
素
())
∃
())
的表
面改性
纳米微晶纤维素的表面改性
取。 5
纳米微
晶纤维素于三口烧瓶中,
加
人!
∀Β:
5 Δ
乙醉,
加热搅拌使其分散均匀,
加
人一
定体
积的
硅烷偶联剂%& ∋∀
于6∀
℃下
恒沮回
流
拢拌Φ
Ε9
过滤洗涤烘
干得到改性纳米徽晶纤
维.
性能测试
改性纳
米徽肠纤堆索的
分放性
称取约。 5
改性前
后的())
分别分散于ΑΓΒ:
9
收翔稿件日
期3
。。6
。6∀!通
讯作者
石光
作者简介
石
光!5∋2一∃
女吉林四平人,林
士副教授7 3
助叙
去
离子水乙醉四
级峡喃溶剂中,
于
。
℃
进行超声
展
荡分散37∀
ΒΗΙ,
用
肉眼
比较改性前
后纳米微晶纤维素
在不
同溶剂中的分散性
23
红
外分析
澳化钾压片用ϑΚΛΜ
ΗΙΚ:ΒΚΛ!∋2∀
型傅立
叶变换
红外光谱仪进行侧定
22
热,分析
用Α+4
7∀5ϑ
热
重分析仪在2
∀Ν6 ∀
℃范围内,(Φ
气氛
下,
以!∀
℃Ο
ΒΗΙ的升温速率测定样品的热性能
27/
射找衍射
分析
ΠΦ
∀∀∀
型/
射线衍射仪,
工作电压7∀ΜΘ
工
作电
流3
Β4
,(Η
过挂)Ρ%Σ
,
线扫描范围3口Τ#
一7∀
扫
描速度∀!Ο=
7
结果与讨论
7!
红
外光讲
分析
图!
所示为())
及%& ∋∀
改性())
的红
外光
谱
图从图!
可见改性()
)
在!∋3ΓΚΒ
一
‘
处)
一Υ
的伸缩振动吸收峰明显增强,
在!#7Γς
Β
一’
处还
出现了
)
Τ)
的
伸缩振动吸收峰,!
∀ :Γ
2 ΚΒ
一’
的双峰
是
链状ΑΗ
一Υ
一 !
伸缩
展动的特征吸收峰表
明%&
∋Υ
已接枝到())
表
面时
件3
∀∀
年增刊=。∃
卷
的分解碳化相关,
在2 ∋#
℃出现另外
一个失重速率
峰,
该
阶段的失
重与
晶区
部分规则排列的分
子的碳化
降解相关())
的非晶区
部分
主要分布在孩粒的表
面,
表面
层的碳
化对内层晶区
的热降解起到一
定的保
护作
用())
经2Δ的%& ∋Υ
改性后在!∀
℃附近
的失重率
明显减少起始分解温度
明显升
高,
原有的两
个失
重速率峰温变化不大但在73 6
℃出现了一
个
新的失重速率峰,
该区
域的失重与())
表面接枝的
%& ∋∀
的热分解相关,
同时质
.残
余率明显增加增
大%& ∋
Γ
的浓度为
纬时,(
))
在!∀∀
℃附近
的失水
率
进一
步降低,
起
始分
解温度进一
步升高,
在3
2 !
℃
附近
的失重速率峰消失与()ς≅Ω2Δ%&
∋∀相
比
其
它两个失
重速率峰温变化
不大进一步增大
%&
∋Γ
的浓度为6
写时除())
的起始分解温度进一
步
提高外其
它数据变化不
大())
经%& ∋∀改性
后颖粒的表
层化学结构发生变化,
极性
降低
对水的
吸附量减小同时还明显改普了())
的热稳定性
圈!(
)
及()ς≅
『%& ∋Γ
的红
外光谱
∗ΗΩ!,−=
ϑΚΚ
.Λ
ΣΓΞ(
))Σ
ΙΨ())≅
『%& ∋
∀
73
热,分析
图3
2
所示为())
及())
『%& ∋∀
的+;
及
<+;
曲线,
表!
为
其相应数据())
在!∀
℃附
近的
失重
是由于())
表
面吸附的
自由水
及结
合水的燕发
所致,
在32 !
℃出现一失重速率峰,
该
阶段的失重与
())
非
晶结
构及表
面
结晶结
构等不规则排
列的
分子团Ζ上、、
七以侄的巾浏Χ,
几
甘川双
∗ΗΩ2+
ΕΚ<+
;Κ
ΡΛ[Κ=
ΓΞ(
))Σ
ΙΨΒ
ΓΨΗ
ΞΗΚ
Ψ(
))
衰,(
气
氛中())
及改性())
的失皿变化最大分解速率滋度及残余质
,
+Σ
∴:Κ!ϑΚΣ
Μ.
ΚΒ]
ΚΛΣ.Ρ
ΛΚΣ
ΙΨ⊥ΚΗ
ΩΕ.!∀ ΗΙ+;Ψ
ΡΛΗΙΩ.
ΕΚ.
ΕΚΛΒΣ
:ΨΚΩ
ΛΣΨΣ.Η
ΓΙΓΞ(
)ΣΙ
Ψ()
;
『%& ∋ΓΗ
Ι
ΙΗ.ΛΓΩΚ
Ι
ΑΣΒ
ϑ:
Κ_ΚΗΩΕ
.:
Γ=Σ+:
兀
介几?Σ==ΛΚ
=ΗΨ
ΡΚΚ
Σ.
!∀∀
℃Ο
纬
℃∃℃∃
℃∃
℃∃
Δ∃
()))
!5∀∀!6
∀32 !2 ∋#
Ο3 #
()
)≅公
2Δ%& ∋Γ∀
∋∋∋3!733 627!273 62∀2
()
Υ
公 Δ%& ∋
Γ∀
∀
3!∋Ο2∀2773!
在23!
()
ς≅公6Δ%& ∋∀∀∀
75
332Ο27#
∀73# 232
7
2/
射钱衍射
分析
图7
所
示为(
))
及改性())
的/
射线衍射图
谱从图7
可
见改性())
的/
衍射图
谱的峰位与未改性())
的衍射峰位吻
合较好,
均为
纤维,型
表
明
用%&
∋Υ
对())
进行表面改
性未改变())
的结晶
结构