PDF《二氧化硅表面修饰硅烷偶联剂 APTS 的过程和机制》

2014 年7月CIESC Journal ・2629・ July

2014 第65 卷第7期化工学报Vol.

65 No.7 二氧化硅表面修饰硅烷偶联剂 APTS 的过程和机制 乔冰,高晗,王亭杰,金涌 (清华大学化学工程系,北京 100084) 摘要:二氧化硅表面经过硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷(APTS)修饰后,在橡胶、塑料、催化剂、色谱柱、 吸附剂、生物和医药等领域中具有独特的应用性能,大量文献结合特定应用体系研究二氧化硅表面修饰 APTS 的 基本规律,以实现理想可控的修饰效果.总结这些分散性研究结果,有利于在新的基础上有效地促进研究的深入. 在分析文献的基础上,系统地阐述了二氧化硅表面修饰 APTS 的反应机理、修饰工艺、反应动力学、修饰层稳定 性和结构形貌等方面的研究进展,提出了目前研究还存在的问题和进一步的研究方向. 关键词:二氧化硅;

表面;

多相反应;

硅烷偶联剂;

接枝;

修饰 DOI:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.07.022 中图分类号:TQ

031 文献标志码:A 文章编号:0438―1157(2014)07―2629―09 Process and mechanism of surface modification of silica with silane coupling agent APTS QIAO Bing, GAO Han, WANG Tingjie, JIN Yong (Department of Chemical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China) Abstract: After modification using gamma aminopropyltriethoxysilane (APTS), the silica surface demonstrates unique performance in the applications to rubber, plastics, catalyst, chromatography column, adsorbent, biologicals and pharmaceuticals. A large number of literatures focus on APTS modification of silica in the specific application background for achieving ideal and controllable modification. Summarizing these scattered results and discoveries can effectively promote research further on a new stage. Based on an analysis of literatures, the mechanism of reaction, process of modification, kinetics of reaction, stability and structure of the modified layer are reviewed. The existing problems in the current state of the research and the directions for further research are proposed. Key words: silica;

surface;

multiphase reaction;

silane coupling agent;

graft;

modification 引言二氧化硅在橡胶、塑料、催化剂载体、吸附剂、 生物医药等领域有广泛应用,通常需要与有机基体 复合,但是,与其他无机金属氧化物如氧化铝、二 氧化钛、 氧化锌等一样, 二氧化硅表面有大量羟基, 亲水性强,与有机基体复合的相容性和分散性差, 难以发挥其优良的性能,必须对其表面进行有机修 饰.γ-氨丙基三乙氧基硅烷(APTS)是一种典型的 硅烷偶联剂, 常用于氧化物表面的修饰, 经过 APTS 2014-03-25 收到初稿,2014-04-05 收到修改稿. 联系人:王亭杰.第一作者:乔冰(1989―) ,女,博士研究生. 基金项目:国家自然科学基金项目(21176134) . Received date: 2014-03-25. Corresponding author: Prof. WANG Tingjie, wangtj@tsinghua. edu. cn Foundation item: supported by the National Natural Science Foundation of China (21176134). 化工学报第65 卷・2630・ 修饰的表面含有氨基,活性氨基可以与很多分子发 生反应,从而大幅度拓展和提高二氧化硅的应用性 能.如在化工材料领域,修饰后的二氧化硅颗粒作 为补强填料添加到橡胶、塑料等材料中,能有效地 提高复合基体的拉伸强度、耐磨性、流变性、抗老 化等性能[1] ;

在催化领域,氨基化修饰的二氧化硅 介孔分子筛能够实现胺类催化剂的固载化[2] ,与传 统的有机胺类均相催化反应相比,易于分离和重复 使用;