大分子硅氧烷偶联剂HSi-g-A151对纳米Si3N4的化学改性研究

"HSi-g-A151制备及其对纳米Si3N4的表面改性" 本研究涉及一种特殊的大分子硅氧烷偶联剂HSi-g-A151的制备及其在纳米Si3N4粉体表面改性中的应用。该偶联剂是通过甲基含氢硅油与乙烯基三乙氧基硅烷（A151）的接枝反应生成的。这一过程旨在提高纳米Si3N4粉体在聚合物基纳米复合材料中的分散性和稳定性。 首先，通过接枝反应，甲基含氢硅油与A151结合，形成大分子硅烷偶联剂HSi-g-A151。这种接枝反应是利用含氢硅油中的氢原子与A151中的乙烯基发生硅氢加成反应，从而将两种不同的有机硅链段连接在一起。此步骤的关键在于控制反应条件，如温度、催化剂的选择和反应时间，以确保接枝效率和偶联剂的分子量。 然后，制得的HSi-g-A151被用于纳米Si3N4粉体的表面改性。改性过程可能包括物理吸附和化学键合两部分。HSi-g-A151的大分子结构能够覆盖在纳米Si3N4的表面，形成一层稳定的有机包覆层，降低粉体之间的团聚，增加其在有机介质中的相容性。化学改性则通过HSi-g-A151中的功能性基团与Si3N4表面的化学反应，进一步增强结合力。 为了评估改性效果，研究人员采用了一系列表征方法。沉降实验分析了改性前后纳米Si3N4在二甲苯中的悬浮稳定性，发现改性后粉体能在二甲苯中保持良好的悬浮状态，避免了快速沉降，这表明改性有效地改善了纳米颗粒的分散性。粒度测定结果显示，改性后的纳米Si3N4粒径集中在30nm左右，这意味着改性过程没有显著改变粒子尺寸，但可能使颗粒更加均匀。 热重分析(TGA)揭示了改性对粉体热稳定性的可能影响，而表面自由能分析则显示，改性后的纳米Si3N4表面自由能由79.8J/m²降低至39.4J/m²，表明其表面能降低，有利于降低颗粒间的相互作用，提高整体材料的加工性能。 关键词涉及的核心概念包括纳米氮化硅、大分子表面偶联剂和表面改性。研究的成果对于开发高性能的聚合物基纳米复合材料具有重要意义，特别是对于那些要求高分散性、热稳定性和机械性能的应用领域，如航空航天、电子工业和高级陶瓷等领域。通过这样的表面改性技术，可以优化纳米Si3N4在这些复合材料中的分散状态，进而提升整体复合材料的性能。