云母粉納米顆粒表面存在大量的不同狀態的羥基不飽和殘鍵,親水疏油,易于團聚,必須要對其進行功能化改性,以提高性能及應用范圍。

云母粉表面改性的目的主要有以下3個方面:

一是改善或提高云母粉納米顆粒之間的分散性及與其它物質之間的相容性,因為表面修飾后的納米顆粒可以減弱表面活性羥基的帶電效應和表面基團的親水性,從而防止顆粒團聚或可達到與有機物質的相容性;

二是通過表面修飾,在云母粉表面覆蓋活性基團,提高或者控制其表面活性,從而為納米粒子的進一步接枝或者功能化提供了可能性;

三是拓寬云母粉納米顆粒的應用范圍,表面修飾后的納米顆粒可以產生新的功能,如藥物運輸和釋放,刺激響應性等。

云母粉納米顆粒的表面修飾可以根據表面羥基與修飾劑之間是否存在化學反應將其分為兩大類:物理修飾和化學修飾。物理修飾是改變了云母粉表面的羥基比例,而化學修飾需要改變納米粒子的化學特性。

1、云母粉納米顆粒物理改性

聚合物或無機物對云母粉納米顆粒進行的吸附、包覆、涂敷等物理作用是云母粉納米顆粒物理改性的主要途徑。云母粉納米顆粒表面的羥基官能團與修飾劑無離子鍵或共價鍵的結合,是通過氫鍵、范德華力或配位過程相互作用進行的,所以物理改性是一種物理吸附的修飾。

表面沉積法是云母粉納米顆粒進行物理修飾的主要方法,包覆層是通過物質沉積到云母粉納米顆粒的表面,此過程沒有化學結合。

2、云母粉納米顆粒化學改性

云母粉納米顆粒的表面化學改性是基于表面存在的大量羥基及不飽和殘鍵與修飾分子之間存在的化學反應實現的。表面的化學反應,是將其表面連接帶有特定官能團的物質,從而改變云母粉表面的狀態和結構。

化學改性因為方法簡單易行且牢固性強,所以成為了一種最要的表面修飾改性的方法,其中修飾分子可以分為有機分子和無機分子。

(1)硅烷偶聯劑是一種化學有機物,因為存在雙功能官能團,能夠在云母粉納米顆粒化學改性中起到橋梁作用,能夠把無機和有機分子進行牢固連接,所以偶聯劑法成為了一種最常用、最基本的方法。

(2)醇酯化法需要高溫高壓的條件,所用的原料為脂肪醇,它與云母粉納米顆粒表面連接是通過脂肪醇與羥基的脫水反應實現的。雖然,脂肪醇易于獲得,價格低廉,但是與硅烷偶聯劑法相比較,不但疏水性受到烷基鏈的長度影響,而且改性中起作用的酯基官能團熱穩定性差且易于水解。研究表明,當醇中碳原子數小于8時,疏水烷基鏈較短,所以疏水性能不強,要使云母粉納米顆粒是完全的疏水性,其接枝率需要大于20%。脂肪醇的用量、鏈長、反應時間、反應溫度等條件都會影響到云母粉納米顆粒表面的疏水性,所以最佳反應條件的確立具有重要的實用價值。

(3)表面接枝聚合法是指有機單體接枝在云母粉納米顆粒表面的方法,此過程發生了聚合反應或高分子反應。當無機粒子表面存在聚合物化學鍵時,就產生新的特性,如生物活性、光敏性、金屬離子的螯合性、兩親性、吸附性、有機相容性及可分散性等,使材料具備在異相催化、塑料增強、固化酶及分離生物大分子等領域廣泛應用的潛能。該法能夠制備性能互補、互促效應的雜化材料,所以是材料科學領域具有應用前景的重要研究課題。

3、云母粉納米顆粒物理、化學同步改性

制備性能優異的納米材料并廣泛應用是最終的目的,所以在改性過程中物理、化學同步改性也成為了可能。為了獲得粒徑小、表面能極高的云母粉納米顆粒,并且使納米顆粒與有機體系中的有機鏈緊密結合,可以把已經合成的硅溶膠直接加入到需要改性的有機體系中,也可以在制備云母粉納米顆粒的過程中加入需要修飾的有機物。

此方法的優點是避免在修飾前云母粉納米顆粒可能進行了團聚,保證納米顆粒的晶體結構和體相成分,改善云母粉納米顆粒的分散性,使其粒徑更小,分散更均勻。