铝锆偶联剂的合成及对纳米TiO2的表面改性米.pdf

华 南 理 工 大学 学 报 (自然科 学版 ) 第37卷 第6期 JournalofSouth ChinaUniversityofTechnology Vo1．37 NO．6 2009年6月 (NaturalScienceEdition) June 2009 文章编号：1000．565X(2009)06-0007-06 铝锆偶联剂的合成及对纳米 TiO2的表面改性米 李滨 李友明 杨文亮 (华南理工大学 造纸与污染控制国家工程研究中心，广东 广州510640) 摘 要：以聚合氯化铝 (PAC)、氧氯化锆和己二酸等为原料合成了带有羧基功能基的铝 锆偶联剂．借助傅里叶红外光谱、热重分析、x射线衍射、扫描电镜和粒度分布等测试方法 对铝锆偶联剂及改性前后的纳米TiO，进行表征．对铝锆偶联剂袁征的结果表明：已二酸 分子中的一个羧基同时与铝和锆原子 中心相连 ，另一羧基则作为偶联剂的功能基得 以保 留；铝锆偶联剂分子中无机部分所 占比例高达71％．对利用铝锆偶联剂进行表面改性得 到的纳米TiO表征发现：铝锆偶联剂在纳米TiO 表面形成化学吸附，但此吸附并未对纳 米TiO 的晶型产生影响；改性后的纳米TiO 在水中的分散性显著提高． 关键词：铝锆偶联剂；合成；纳米TiO ；表面改性；界面性质；分散 中图分类号：TQ134．1 文献标识码：A 铝锆有机金属络合物偶联剂 (简称铝锆偶联 纸张涂料是由无机颜料粒子分散液、胶乳及高 剂)是美国Cavedon化学公司在 2O世纪80年代初 分子质量流变助剂组成的一种紧密的立体网络结 研究开发 的一种新型偶联剂，商品名为 “CAVCO 构．已有文献报道 ，纸张涂料 中加入一定量的纳米 MOD”．该产品是含铝酸锆的低分子质量无机聚合 TiO ，可以提高涂层的表面强度和平滑度，改善纸张 物，在其分子主链上络合2种有机配位基，结构式为： 的印刷性能和提高防晒性等 。引．但纳米TiO 表面 [AI。(ORO)C16(OH)][Oc(R2)O][ZrCld(OH)]， 极性强 ，表面能高，处于热力学不稳定状态，极易发 其中，X，Y，=1～100，2a+b+c=4，d+e=2．有机配 生粒子团聚，即使是在水性介质中也难以良好分散， 位基 OR0赋予产品良好的羟基稳定性和水解稳定 从而影响其在最终使用时纳米功能性的发挥．表面 性，桥联配位基 OC(R)0赋予产品良好的有机亲 改性是解决粒子团聚的方法之一．目前，大多数学者 和性或反应性，该类偶联剂在碳酸钙、二氧化硅、陶 采用表面活性剂和硅烷偶联剂对纳米TiO 进行表 土、二氧化钛等填充体系中均有较好的分散和改性 面改性 11-12]．用铝锆偶联剂对纳米 TiO 进行表面改 效果 1-3]．Cohen_4最早研究了铝锆偶联剂 的性能及 性的研究很少 ，理论研究更鲜有报道． 应用．此后，Chou等 j、Yuan6对铝锆偶联剂在塑 在铝锆偶联剂分子中可以引入氨基、羟基、不饱 料、橡胶等高分子加工行业中的应用作了相关研究； 和烃基、脂肪酸基等不同的功能基，以适应不同的作 陈均志等 合成了一种带有阳离子功能基的铝锆 用体系．纸张涂料是水相系统，改性后的纳米TiO。 偶联剂，并研究了其作为皮革染色助剂的应用性和 应能在该系统中有较好的适应性．本文 中首先针对 对碳酸钙、二氧化钛的表面改性效果．这些研究大多 性地合成了一种带有羧基功能基的铝锆偶联剂，并 集中在铝锆偶联剂的应用方面，且多以专利形式出 对合成产物进行表征，探讨其合成机理；然后用合成 现，对其合成与表征的研究则很少报道 ．