巯丙基三乙氧基硅烷改性白炭黑的研究

巯丙基三乙氧基硅烷（3-mercaptopropyltrimethoxysilane，MPTS）是一种常用的硅烷偶联剂，它能在白炭黑等无机材料的表面形成有机硅烷层，提高白炭黑与有机基体的相容性和分散性。白炭黑（Silica或SiO2•H2O）又称水合二氧化硅，是一种广泛使用的白色无机粉末材料，具有高度的分散性、多孔性和良好的化学稳定性，但在有机体系中由于其亲水性导致分散困难，因此需要通过表面改性来改善其在有机体系中的应用性能。 本研究的目的是探究巯丙基三乙氧基硅烷作为改性剂对白炭黑粒子的表面改性效果，并分析硅烷偶联剂用量、改性条件（如温度、时间）以及水解条件（如水解时间、pH值）对白炭黑改性效果的影响。通过热重分析（TGA）和粒径分布分析，研究了改性后白炭黑在200℃至800℃范围内的热稳定性及疏水性。 实验部分首先准备了试剂，包括自制白炭黑、分析纯的乙酸、优级纯的无水乙醇和含量为97%的巯丙基三乙氧基硅烷。所用仪器包括电子天平、干燥箱、离心机、磁力搅拌器及集热式恒温加热磁力搅拌器等。白炭黑的改性方法包括在乙醇和水的混合溶剂中加入一定量的乙酸调节pH值，接着加入巯丙基三乙氧基硅烷进行水解，水解后的硅烷溶液加入待改性的白炭黑中，通过磁力搅拌使二者混合均匀，然后在特定的温度下恒温搅拌一段时间。最终通过离心多次洗涤直至溶液呈中性，在120℃下进行干燥后得到改性后的白炭黑粉体。 实验结果表明，在改性剂用量为3%、改性温度为80℃、改性时间为2小时、水解时间为30分钟、水解pH值为4的条件下，白炭黑的改性效果最好，表现为失重率较高，疏水wk系数显著降低。这说明巯丙基三乙氧基硅烷偶联剂已经成功接枝到白炭黑表面，增强了白炭黑在有机体系中的分散性。 表面改性是材料科学领域中的一项重要技术，尤其对于无机填料在有机聚合物基体中的应用具有重大意义。通过对白炭黑的表面改性，可以提高其与高分子材料的相容性，使其在橡胶、塑料、涂料等复合材料中的应用效果得到显著提升。通过本研究，我们可以了解到，选择合适的改性剂和优化改性工艺参数对于改善无机材料的性能至关重要。