修飾納米SiO-,2-的表面功能團(tuán)測(cè)定及在尼龍6中的應(yīng)用.pdf

1、γ-氨丙基三乙氧基硅烷(APS)表面修飾的納米二氧化硅(AMNS)和γ-(2，3-環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷(GPS)表面修飾的納米二氧化硅(GMNS)作為催化劑和新材料在生命科學(xué)、分析化學(xué)、光學(xué)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前其相關(guān)的制備技術(shù)研究正步入全面的工藝完善階段，應(yīng)用研究也已經(jīng)開(kāi)始受到關(guān)注。然而，目前針對(duì)AMNS和GMNS的應(yīng)用研究大多還處于經(jīng)驗(yàn)探索階段，其主要原因是對(duì)AMNS和GMNS表面的功能團(tuán)(即氨基和環(huán)氧基)的存在濃度

2、及形態(tài)缺乏了解，其中功能團(tuán)的濃度影響是最主要的因素。另外，針對(duì)AMNS的應(yīng)用開(kāi)發(fā)研究亟需進(jìn)行。據(jù)此，本論文主要從三個(gè)方面開(kāi)展相關(guān)研究： 一、AMNS表面氨基濃度的測(cè)定 分別建立了鹽酸-乙醇非水滴定法、高氯酸-冰乙酸非水滴定法、分光光度法、循環(huán)伏安法(對(duì)氨基苯甲酸化學(xué)修飾電極法)和凱氏定氮法等測(cè)定AMNS表面氨基濃度的方法；系統(tǒng)地研究了各種實(shí)驗(yàn)條件對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響，探討了影響測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確度的主要因素;討論了不同分析方法的優(yōu)

3、缺點(diǎn)以及導(dǎo)致其測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)差異的主要原因；為該類納米材料的合成和應(yīng)用研究建立了分析測(cè)試平臺(tái)。結(jié)果表明：所建立的各種分析方法均能用于對(duì)AMNS表面氨基進(jìn)行比較準(zhǔn)確的測(cè)定。在兩種滴定分析法中，在滴定終點(diǎn)附近對(duì)樣品進(jìn)行超聲振蕩處理，有利于縮短滴定過(guò)程；在高氯酸-冰乙酸非水滴定法中加入異辛醇作為分散劑，可以改善體系的互溶性，降低體系的冰點(diǎn)，拓寬體系的應(yīng)用范圍；分光光度法靈敏度高，pH值是影響其測(cè)定結(jié)果的重要因素；化學(xué)修飾電極法較好地避免了納米顆

4、粒的吸附和光反射等對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響，使測(cè)定結(jié)果更加準(zhǔn)確；凱氏定氮法相應(yīng)的測(cè)量結(jié)果較高，其原因在于采用凱氏定氮法測(cè)定的是AMNS中的總氮，而采用其他分析方法測(cè)定的是AMNS中氨基氮。 二、GMNS表面環(huán)氧基濃度的測(cè)定 分別建立了鹽酸-丁酮滴定法、高氯酸-冰乙酸非水滴定法、紫外分光光度法、熒光分光光度法、示波極譜法和電位滴定分析法(聚對(duì)硝基苯胺化學(xué)修飾電極法)等測(cè)定GPS的濃度及GMNS表面環(huán)氧基濃度的方法。詳細(xì)研究了各種實(shí)

5、驗(yàn)條件對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響及影響測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確度的主要因素，分析了不同分析方法的特點(diǎn)和使用范圍，為該類納米材料的合成和應(yīng)用研究建立了分析測(cè)試平臺(tái)。研究結(jié)果表明：利用所建立的各種分析方法均能實(shí)現(xiàn)對(duì)GMNS表面環(huán)氧基官能團(tuán)濃度的準(zhǔn)確分析，且不同分析方法所得到的測(cè)定結(jié)果無(wú)明顯差異。鹽酸-丁酮滴定法、高氯酸-冰乙酸非水滴定法中準(zhǔn)確確定終點(diǎn)指示劑顏色的變化是保證分析準(zhǔn)確性的最主要因素；紫外分光光度法、熒光分光光度法靈敏度較高；示波極譜法避開(kāi)了納米粒子的

6、干擾，測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性較高；電位滴定法在鹽酸-丁酮法的基礎(chǔ)上，以聚對(duì)硝基苯胺修飾電極指示終點(diǎn)，可有效地提高測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。 三、AMNS/尼龍6復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性能研究 在準(zhǔn)確測(cè)定AMNS表面氨基的基礎(chǔ)上，分析了熔融共混法制備的AMNS/尼龍6納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)；建立了不同氨基濃度的AMNS與尼龍6基體界面相互作用的模型；提出了臨界氨基濃度概念，確定了在尼龍6中添加AMNS的最佳濃度：探討了AMNS表面氨基濃度

7、對(duì)AMNS/尼龍6納米復(fù)合材料機(jī)械性能的影響。探索出了從納米填充材料表面功能團(tuán)的濃度去研究其對(duì)納米復(fù)合材料性能影響的新途徑。 結(jié)果表明：①AMNS表面的有機(jī)官能團(tuán)能夠與尼龍6基體發(fā)生反應(yīng)，形成一種基于共價(jià)鍵和氫鍵連接的界面層結(jié)構(gòu)；當(dāng)AMNS表面氨基濃度達(dá)到某一臨界值時(shí)，AMNS顆粒與尼龍6基體之間的相互作用最強(qiáng)，有利于實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料的性能優(yōu)化。②引入表面含不同濃度氨基的AMNS納米顆粒都可以提高尼龍6的力學(xué)性能：當(dāng)AMNS顆粒表面

8、氨基濃度為2.86mmol·g-1時(shí)，復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能最佳，其拉伸強(qiáng)度、拉伸模量、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量和缺口沖擊強(qiáng)度分別提高了19.02％、47.16％、27.11％、38.69％、17.11％。③引入不同氨基濃度的AMNS均使得尼龍6的熱穩(wěn)定性能得到提高，并且復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性能隨著AMNS中氨基濃度的增加而提高；與尼龍6相比，在熱重分析中復(fù)合材料發(fā)生10％失重時(shí)的溫度隨AMNS中氨基濃度的增加而提高6～10℃。④引入表面氨基濃度