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摘 要

本文采用硅烷偶联剂KH560为表面改性剂，对纳米TiO₂进行表面改性。先将KH560水解得到硅醇，然后与纳米TiO₂进行脱水反应，把KH560分子的链段连接到纳米TiO₂表面制得改性后的纳米TiO₂。研究了改性剂KH560的用量、改性时间、改性温度以及溶液pH对纳米TiO₂表面偶联改性的影响，并采用傅立叶变换红外光谱（FT-IR）对改性前后的纳米TiO₂进行表征和分析。结果表明，当硅烷偶联剂KH560的用量为10%，反应时间为4h，反应温度为75℃，溶液pH=9.00时，KH560对纳米TiO₂的改性效果最好，有较好的分散性，其亲油化度为61.09%。

关键词：KH560 纳米TiO₂ 表面改性 亲油化度

Study on the Modification of Nano-TiO₂ Using Silane Coupling Agent KH560

ABSTRACT

The surface modification of nano-TiO₂ was conducted using the silane coupling agent KH560 as the surface modifiler. First, KH560 was hydrolyzed to silanol, and then the silanol reacted with nano-TiO₂.The chain segment of KH560 molecules attached to the surface of nano-TiO₂ and the modified nano-TiO₂ was obtained. The effects of reaction conditions such as the content of silane coupling agent KH560，reaction temperature，reaction time and pH were systematically studied. The modified nano-TiO₂ was characterized by FT-IR. The results showed that the modification effect was good by the silane coupling agent KH560 content of 10% at 75℃and pH 9.00 for 4h reaction time. The best lipophilic degree of modified nano-TiO₂ is 61.09%.

Keywords: KH560; Nano-TiO₂; Surface modification; Lipophilic degree

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1前言 1

1.2纳米TiO₂概述 1

1.2.1纳米TiO₂的结构及应用 1

1.2.2 纳米TiO₂的制备方法 2

1.2.3 纳米TiO₂的改性方法 2

1.3偶联剂概述 7

1.3.1偶联剂分类 7

1.3.2 硅烷偶联剂的结构 7

1.3.3 硅烷偶联剂KH560及其反应机理 7

1.4 硅烷偶联剂KH560对纳米TiO₂进行改性 8

1.4.1 纳米TiO₂团聚的原因 8

1.4.2 纳米TiO₂表面改性的目的 8

1.4.3 硅烷偶联剂KH560对纳米TiO₂改性进展 8

1.5 本论文研究内容 9

第二章 实验部分 10

2.1实验仪器与试剂 10

2.1.1实验仪器 10

2.1.2实验试剂 10

2.2 实验原理 11

2.3 实验步骤 11

2.3.1 KH560的水解、纳米TiO₂的分散 11

2.3.2 改性纳米TiO₂的合成 12

2.3.3亲油化度的测定 12

2.3.4 红外光谱分析 12

第三章 结果与讨论 13

3.1 偶联剂KH560用量对亲油化度的影响 13

3.2 改性时间对亲油化度的影响 14

3.3 改性温度对亲油化度的影响 14

3.4 溶液pH对亲油化度的影响 15

3.5 红外光谱分析 16

第四章 结 论 18

参考文献 19

致 谢 22

第一章 文献综述

1.1前言

纳米材料是指在纳米尺度范围（1-100nm）并具有特殊性能的材料^[1]，其特殊性能的来源主要是由于纳米材料的四大效应：界面效应、小尺寸效应，量子尺寸效应和宏观量子尺寸效应^[2]。其中纳米氧化物因为具有优异的特殊性被广泛地应用于印染，涂料，医疗，化工等领域。例如纳米二氧化钛光催化氧化、光学与电学性质、化学反应性、磁性以及相变温度等许多方面都显示出独特的性能。但由于纳米二氧化钛微粒比表面积比较大、表面能较高，并且处于热力学的非稳定态，在液相介质中受范德华力的作用很容易发生团聚现象，降低它功能的发挥，进而限制了其应用领域^[3]。为了更好地利用纳米二氧化钛，必须对其进行改性。

1.2纳米TiO₂概述

1.2.1纳米TiO₂的结构及应用

二氧化钛是金属钛的一种氧化物,其分子式是TiO₂。根据其晶型可分为板钛矿型、锐钛矿型和金红石型三种^[4,5]，俗称钛白粉。纳米TiO₂分子中的每一个原子都是严格的排列在晶格中的，如图1-1。而且Ti-O键之间的距离是很小的并且不等长。纳米TiO₂是附加值很高的功能精细无机材料，已经成为重要的无机化工产品之一，其应用领域也是比较广泛的。因其具有良好的耐化学腐蚀性、耐侯性、抗紫外线能力强等特点，被广泛应用于感光材料、光催化剂、橡胶、塑料、食品包装材料、陶瓷添加剂、高级轿车涂料等领域^[6,7]。但是由于纳米二氧化钛粒子的比表面积很大，而且配位严重不足，从而表现出极强的表面活性，使其很容易团聚在一起，从而形成尺寸较大的团聚体，影响实际应用效果。因此为了改善纳米二氧化钛与有机体系的相容性及其在有机溶剂中稳定的分散性，提高纳米二氧化钛的综合性能，必须对其进行表面改性。通过改变纳米二氧化钛表面的物化性质，提高其与有机分子的相容性和结合力。

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