畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）電子紙用二氧化硅顆粒的表面改性研究

1、<p>　　哈爾濱商業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　電子紙用二氧化硅顆粒的表面改性研究</p><p>　　學(xué) 生 姓 名： 王 萍 </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師： 楊春莉 </p><p>　　專(zhuān) 業(yè) 班 級(jí)： 印刷工程11-2班 </p>

2、;<p>　　學(xué) 號(hào)： 201110830852 </p><p>　　學(xué) 院： 輕工學(xué)院 </p><p><b>　　二〇一五年六月八日</b></p><p>　　Undergraduate Graduation Project (Thesis)</p>

3、<p>　　Harbin University of Commerce</p><p>　　Surface modification of silica particles for electronic paper</p><p>　　2015年6月8號(hào) </p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（

4、論文）審閱評(píng)語(yǔ)</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）審閱評(píng)語(yǔ)</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯評(píng)語(yǔ)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文采用溶膠-凝膠法制備SiO2顆粒，為解決SiO2顆粒作為白色電泳顆粒在有機(jī)分散介質(zhì)中沉降、電位以及團(tuán)聚等問(wèn)題，采用聚乙烯醇和乙烯基三甲氧基硅烷分

5、別對(duì)制備出的SiO2顆粒進(jìn)行表面改性，并通過(guò)FTIR、光學(xué)顯微鏡和沉降行為測(cè)試進(jìn)行表征分析。</p><p>　　FTIR結(jié)果表明，聚乙烯醇成功接枝到SiO2顆粒的表面；光學(xué)顯微鏡圖表明，未改性的SiO2顆粒在四氯乙烯中分散性差團(tuán)聚比較嚴(yán)重，粒徑分布較寬，顆粒較大，而經(jīng)過(guò)聚乙烯醇和乙烯基三甲氧基硅烷改性的SiO2顆粒在四氯乙烯中團(tuán)聚情況有所改善，呈小顆粒狀較穩(wěn)定分散，粒徑分布較窄，說(shuō)明聚乙烯醇和乙烯基三甲氧基硅烷

6、改性后的SiO2顆粒相較于未改性SiO2顆粒在四氯乙烯中的團(tuán)聚情況明顯改善，分散性能更好；沉降行為測(cè)試表明，未改性的SiO2顆粒顆粒懸浮穩(wěn)定性差，改性的SiO2顆粒懸浮穩(wěn)定性好，說(shuō)明在有機(jī)相四氯乙烯中，聚乙烯醇和乙烯基三甲氧基硅烷改性的SiO2顆粒相比于未改性的SiO2顆粒表現(xiàn)出良好的懸浮穩(wěn)定性。</p><p>　　關(guān)鍵詞：電子紙；SiO2顆粒；聚乙烯醇；乙烯基三甲氧基硅烷；改性 </p><

7、;p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In this paper, SiO2 particles were prepared by sol-gel method, In order to solve the problems of SiO2 particles as the white electrophoretic particles in the orga

8、nic dispersion medium, such as sedimentation, potential and agglomeration, using polyvinyl alcohol and vinyl teimethoxy silane each of the prepared SiO2 particles surface modification, and by FTIR, optical microscopy and

9、 sedimentation behavior was characterized test analysis.</p><p>　　FTIR results showed that the surface of PVA was successfully grafted onto SiO2 particles; an optical microscope image of the show, unmodified

10、 SiO2 particles dispersed in tetrachlorethylene poor reunite more serious, broad particle size distribution, the larger particles, and after polyvinyl alcohol and vinyl silane-modified SiO2 particles tetrachlorethylene r

11、eunite the situation has improved, more stable dispersion was small granular narrow particle size distribution described polyvinyl alcohol </p><p>　　Keywords:Electronic paper;SiO2 particles;polyvinyl alcohol

12、;vinyl trimethoxy silane; modification.</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1 緒 論1</b><

13、;/p><p>　　1.1 立題目的及意義1</p><p>　　1.2 電子墨水用二氧化硅顆粒表面改性的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀4</p><p>　　1.3 研究?jī)?nèi)容5</p><p><b&g

14、t;　　2 實(shí)驗(yàn)部分6</b></p><p>　　2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與實(shí)驗(yàn)儀器6</p><p>　　2.2 SiO2顆粒的制備7</p><p>　　2.3 SiO2顆粒的表面改性8</p><p>　　2.3.1 聚乙烯醇對(duì)SiO2顆粒的表面改性8</p><p>　　2.3.2 乙烯基三甲氧

15、基硅烷對(duì)SiO2顆粒的表面改性9</p><p>　　2.4 樣品分析表征10</p><p>　　2.4.1 傅立葉變換紅外光譜（FTIR）10</p><p>　　2.4.2 光學(xué)顯微鏡表征10</p><p>　　2.4.3 沉降行為表征10</p><p>　　3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論12</p&g

16、t;<p>　　3.1 實(shí)驗(yàn)步驟12</p><p>　　3.1.1 SiO2顆粒制備的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象12</p><p>　　3.1.2 聚乙烯醇改性SiO2顆粒實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象14</p><p>　　3.1.3 乙烯基三甲氧基硅烷改性SiO2顆粒實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象15</p><p>　　3.2 聚乙烯醇改性SiO2顆粒測(cè)試與表征17&

17、lt;/p><p>　　3.2.1 FTIR分析17</p><p>　　3.2.2 光學(xué)顯微鏡分析18</p><p>　　3.2.3 沉降行為表征18</p><p>　　3.3 乙烯基三甲氧基硅烷改性SiO2顆粒測(cè)試與表征22</p><p>　　3.3.1 光學(xué)顯微鏡分析22</p><

18、;p>　　3.3.2 沉降行為表征22</p><p>　　3.4 本章小結(jié)26</p><p><b>　　結(jié) 論27</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)28</b></p><p><b>　　致 謝31</b></p><

19、p><b>　　1 緒 論</b></p><p>　　1.1 立題目的及意義</p><p>　　電子紙是一種超輕薄、可卷曲的顯示屏，類(lèi)似于紙張可以重復(fù)的變動(dòng)，是現(xiàn)代科技和古時(shí)候紙張結(jié)合起來(lái)的一種新發(fā)展，應(yīng)用于生活各各領(lǐng)域，具有閱讀舒適、易于更新、節(jié)約能源、攜帶方便、利于環(huán)保的優(yōu)勢(shì)。其核心是表面上涂有由許多微米膠囊組成的電子墨水，電子墨水[1]具有視角寬、對(duì)

20、比度高、超輕薄、低能耗等優(yōu)點(diǎn)，是包裹了電泳顆粒顯示液的微膠囊。電泳顆粒的性能影響著電子墨水顯示器的響應(yīng)時(shí)間和對(duì)比度[2]，為了提高顆粒的分散穩(wěn)定性和荷電特性，可以對(duì)顆粒進(jìn)行表面改性。電泳顆粒的表面改性研究已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外技術(shù)的研究熱點(diǎn)。</p><p>　　電子墨水是電子紙的核心[3]，作為一種多相的材料，通過(guò)外電場(chǎng)的作用可顯示出雙穩(wěn)態(tài)、可逆以及柔性等特點(diǎn)，它是集化學(xué)、物理等各類(lèi)學(xué)科的一種顯示材料和顯示技術(shù)。它是懸

21、浮在液體中的許多微膠囊組成的懸浮體系[4]，而微膠囊由染料溶液和白色固體顆粒組成，白色固體顆粒在電場(chǎng)作用下向人們所設(shè)定的方向運(yùn)動(dòng)，從而顯示出文字和圖像。因此，其具有視角寬、對(duì)比度高、超輕薄、廉價(jià)、沒(méi)有電磁輻射以及耗能低等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　在電子墨水顯示里，電泳顆粒對(duì)圖像呈色起到一定的作用從而構(gòu)成整個(gè)圖像[5]。電泳顆粒的平均直徑是200-500nm之間，當(dāng)直徑太小時(shí)，電泳顆粒就會(huì)將可見(jiàn)光的折射和反射變?yōu)?/p>

22、衍射，從而使光不經(jīng)過(guò)顆粒傳播，影響了顯示的效果；當(dāng)直徑太大時(shí)，一個(gè)電子墨水微膠囊里的電泳顆粒就會(huì)減少，從而使顯示的密度降低。因此，顆粒的分布要窄些[6]，否則會(huì)使顯示效果不理想。電泳顆粒在顯示體系里有著很重要的作用，它決定著電子紙的響應(yīng)時(shí)間、對(duì)比度和圖像質(zhì)量。作為電泳顆粒應(yīng)有以下幾點(diǎn)特征：光學(xué)性能好，不透明性，明亮度高，有色彩；荷質(zhì)比高，這為響應(yīng)快速的必要條件；和分散液之間的密度差小，最理想的范圍是0-0.5g/cm3之間；在不是水的溶

23、劑里其溶解度要低、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，從而利于聚合物鏈段伸展；球形且與微膠囊的囊壁之間不粘聯(lián)[7]。</p><p>　　球形的SiO2顆粒適合當(dāng)作電子墨水中的白色電泳顆粒[8]，和二氧化鈦相比，其白度比較高，化學(xué)的性質(zhì)穩(wěn)定，在有機(jī)溶劑里SiO2顆粒有很好的化學(xué)穩(wěn)定性和光學(xué)特性，較易得到納米級(jí)別的球形顆粒，并且它的多孔表面容易吸附改性。但是SiO2顆粒的密度較大（2.87g/cm3），超過(guò)了有機(jī)分散介質(zhì)密度，像四氯乙烯

24、密度（1.62g/cm3），因此導(dǎo)致沉降。并且在有機(jī)分散介質(zhì)里表面的Zeta電位很低，從而使電泳去驅(qū)動(dòng)的電壓很高，響應(yīng)的速度很慢，無(wú)法達(dá)到電子墨水對(duì)顆粒電泳性能的要求。所以，將SiO2顆粒的表面進(jìn)行處理，減少顆粒的平均密度、減少團(tuán)聚、提高表面荷電性以及改善親油性，是非常有必要的。</p><p>　　1.2 電子墨水用二氧化硅顆粒表面改性的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　SiO2顆粒是

25、一種無(wú)定型白色粉末的無(wú)機(jī)非金屬材料，分子為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有無(wú)味、無(wú)毒、無(wú)污染等特點(diǎn)[9]。溶膠-凝膠法是一種制備球形SiO2顆粒的重要方法，它是以有機(jī)醇鹽為原料，經(jīng)過(guò)聚合、水解和縮合反應(yīng)。溶膠經(jīng)過(guò)聚合后形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)被灌滿(mǎn)沒(méi)有流動(dòng)性的溶劑時(shí)，就得到凝膠，在經(jīng)過(guò)干燥得出SiO2顆粒[10]。</p><p>　　將制備出的SiO2顆粒進(jìn)行表面改性，用化學(xué)物和SiO2顆粒的表面羥基反應(yīng)，通過(guò)減少羥基的數(shù)量來(lái)

26、使其從親水性變?yōu)橛H油性。通過(guò)改性可以增加聚合物和填料的交互作用[11]，還能提高聚合物與顆粒之間的相容性。</p><p>　　通常能與SiO2顆粒表面上的羥基反應(yīng)的易揮發(fā)掉的物質(zhì)就能作為作為改性劑，常用的改性劑硅烷偶聯(lián)劑、有機(jī)氯硅烷等。硅烷偶聯(lián)劑是一種單體硅化合物，具有雙向反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)，能夠使填料與聚合物之間的界面形成化學(xué)鍵結(jié)合，并且分子式中的水解基團(tuán)易與填料顆粒上的羥基結(jié)合，親油基可以和聚合物中分子鏈接觸反

27、應(yīng)[12]。</p><p>　　1.2.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 </p><p>　　電子紙中用SiO2顆粒的表面改性正不斷地成為國(guó)內(nèi)學(xué)者研究的熱點(diǎn)，許多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)的研究，以硅烷偶聯(lián)劑、胺類(lèi)化合物等為改性劑進(jìn)行改性，從而減少SiO2顆粒的平均密度、減少團(tuán)聚、提高表面荷電性。</p><p>　　伍媛婷等[13]采用化學(xué)鍵合法研究了丁二酸對(duì)納米二氧化硅表面改性，實(shí)

28、驗(yàn)將丁二酸當(dāng)作電荷控制劑，讓丁二酸的一邊梭基在四氯乙烯溶液里發(fā)生離子化，而丁二酸另一邊的梭基和納米二氧化硅表面上的羥基進(jìn)行酯化反應(yīng)，從而化學(xué)鍵合在其表面上。經(jīng)FTIR、Zeta電位粒度儀和XPS分析結(jié)果表明，納米二氧化硅表面上的羥基數(shù)量降低，同時(shí)生成酯基，并且其表面上荷電和在四氯乙烯溶液里的電泳性增高，經(jīng)過(guò)改性的納米二氧化硅在四氯乙烯里的電位比未改性前提升大概5.5倍，從而減少團(tuán)聚。</p><p>　　吳海艷等

29、[14]研究用硬脂酸、鈦酸酯偶聯(lián)劑和硅烷偶聯(lián)劑分別對(duì)二氧化硅進(jìn)行表面處理，分析結(jié)果表明，硅烷偶聯(lián)劑對(duì)二氧化硅的改性最好，硬脂酸對(duì)二氧化硅的改性效果明顯低于鈦酸酯偶聯(lián)劑和硅烷偶聯(lián)劑，并且使用硅烷偶聯(lián)劑改性時(shí)最佳工藝條件是用量為4%，反應(yīng)溫度為110℃，反應(yīng)時(shí)間為2h。在這條件下，親油度達(dá)到58.32%，而且分散性質(zhì)穩(wěn)定。</p><p>　　程冰等[15]采用熔融法通過(guò)把正硅酸乙酯放在氨水一乙醇溶液里水解制備出二氧

30、化硅，然后將制備好的納米二氧化硅顆粒放到雙氧水里，再將其用丁二酸改性，經(jīng)FTIR表明，丁二酸的羧酸基團(tuán)和SiO2顆粒的羥基發(fā)生酯化反應(yīng)，經(jīng)TEM表明，PE成功包裹到二氧化硅的表面，Zeta電位證明增加了納米二氧化硅在四氯乙烯介質(zhì)里的電泳性，電位由-4.261mV增加到了-27.84mV。 </p><p>　　戚棟明等[16]通過(guò)處理納米SiO2顆粒錨固偶氮引發(fā)劑而使甲基丙烯酸甲醋聚合，得到接枝的SiO2，其法

31、是將環(huán)氧型硅烷偶聯(lián)劑對(duì)納米二氧化硅處理，后和偶氮二氰基戊酸接觸反應(yīng)固定到偶氮引發(fā)劑上，經(jīng)過(guò)元素分析表明，處理后的SiO2顆粒接枝率和接枝效率分別為23.2%、36.1%，團(tuán)聚降低，并且能穩(wěn)定在水相中分布。</p><p>　　毋偉等[17]通過(guò)使用不同硅烷偶聯(lián)劑將SiO2顆粒表面進(jìn)行改性，KH858里含有電子效應(yīng)，增強(qiáng)了雙鍵結(jié)合力，KH570對(duì)納米二氧化硅改性后使其的聚合物增多，分散性好，KH570比KH858更

32、加適合當(dāng)作二氧化硅的預(yù)處理劑。經(jīng)FTIR表明，硅烷偶聯(lián)劑成功接枝在Si02顆粒表面，經(jīng)TEM表明，硅烷偶聯(lián)劑改性的SiO2顆粒團(tuán)聚降低，分散性好。</p><p>　　劉春華等[18]研究以二硫代苯甲酸酯當(dāng)做鏈轉(zhuǎn)移劑，在室內(nèi)環(huán)境溫度下，使馬來(lái)酸與苯乙烯進(jìn)行共聚反應(yīng)，得到SiO2/苯乙烯-alt-馬來(lái)酸酐，將聚氧化乙烯(PEO)接到納米二氧化硅上使硅顆粒的相容性增大。FTIR結(jié)果顯示，馬來(lái)酸酐和苯乙烯共聚物成功鍵接

33、在SiO2顆粒表面，提高硅顆粒的相容性，減少團(tuán)聚。</p><p>　　李峰等[19]使用y-琉丙基三甲氧基硅烷(KH590)對(duì)二氧化硅顆粒表面進(jìn)行改性，通過(guò)掃描電子顯微鏡、傅里葉紅外光譜等檢測(cè)結(jié)果顯示，SiO2顆粒表面的羥基與水解后的y_琉丙基三甲氧基硅烷發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，成功的接枝在二氧化硅表面上。并測(cè)得最好的工藝條件是改性劑用量比二氧化硅的用量少75%，反應(yīng)的時(shí)間是10小時(shí)，反應(yīng)的溫度是80°C，而

34、且經(jīng)過(guò)改性后的顆粒直徑明顯減小，親油性和分散性都得到明顯的改善。</p><p>　　姜會(huì)平等[20]用十八烷基三乙氧基硅烷對(duì)二氧化硅進(jìn)行表面改性，通過(guò)XPS表明改性的SiO2顆粒有偶聯(lián)劑；FTIR分析結(jié)果表明，硅烷偶聯(lián)劑與SiO2顆粒表面的羥基發(fā)生反應(yīng)，成功接枝到其表面；TEM表明改性的SiO2顆粒分散性增強(qiáng)，團(tuán)聚現(xiàn)象減弱；接觸角儀表明未改性的SiO2顆粒接觸角有10°左右，而改性的SiO2顆粒接觸角

35、為118°，疏水性增強(qiáng)。 </p><p>　　唐洪波等[21]研究了以六甲基二硅胺烷是改性劑，對(duì)SiO2顆粒的表面進(jìn)行處理，分別討論了反應(yīng)溫度、改性劑用量、反應(yīng)時(shí)間等對(duì)二氧化硅改性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，經(jīng)過(guò)改性劑改性的二氧化硅表面的羥基減少，疏水性增強(qiáng)，并且當(dāng)六甲基二硅胺烷的用量達(dá)到一定程度時(shí)，此時(shí)隨著改性劑的用量增大，對(duì)二氧化硅的表面改性越來(lái)越小。</p><p>　　陳素芬

36、等[22]使用六甲基二硅氮烷為改性劑，對(duì)SiO2顆粒表面進(jìn)行處理，經(jīng)FTIR、熱分析表明，經(jīng)六甲基二硅氮烷處理的二氧化硅表面的羥基減少，六甲基二硅氮烷成功接枝在SiO2顆粒表面，使其親水性轉(zhuǎn)變?yōu)槭杷?，并且分散性越?lái)越穩(wěn)定。</p><p>　　譚秀民等[23]研究了以硅烷偶聯(lián)劑為改性劑，對(duì)SiO2顆粒表面進(jìn)行處理，經(jīng)過(guò)FTIR表明，硅烷偶聯(lián)劑成功接枝在SiO2顆粒表面；TEM表征得，未經(jīng)改性的二氧化硅以團(tuán)聚的方

37、式存在，而經(jīng)過(guò)硅烷偶聯(lián)劑改性的二氧化硅顆粒多數(shù)分散開(kāi)來(lái)，改善了團(tuán)聚的現(xiàn)象，分散性增強(qiáng)。</p><p>　　錢(qián)曉靜等[24]研究了微波輻射的條件下，以正辛醇為改性劑，讓其與納米二氧化硅的表面羥基反應(yīng)，F(xiàn)TIR和XPS表征顯示，辛醇與SiO2顆粒發(fā)生了酯化反應(yīng)，正辛基成功接到二氧化硅表面上，醇羥基和SiO2顆粒脫掉一個(gè)分子水，從而使SiO2顆粒的親水性越來(lái)越弱，親油性越來(lái)越強(qiáng)。</p><p&g

38、t;　　杜高翔等[25]研究硅烷偶聯(lián)劑對(duì)納米二氧化硅表面進(jìn)行原位的改性，F(xiàn)TIR表征顯示，硅烷偶聯(lián)劑SCA-1613吸附在SiO2顆粒表面，并與其形成化學(xué)鍵合，成功接枝在SiO2顆粒表面；TEM表明，未改性SiO2顆粒團(tuán)聚很?chē)?yán)重，而改性SiO2顆粒的分散性有極大的改善，二次團(tuán)聚顆粒在10微米以下，減少了團(tuán)聚。</p><p>　　綜上所述，國(guó)內(nèi)的許多學(xué)者以硅烷偶聯(lián)劑為改性劑，對(duì)電子紙用的SiO2顆粒表面進(jìn)行了改性

39、，降低了顆粒的平均密度，減少團(tuán)聚，提高疏水性，改善了SiO2顆粒之間的分散性，滿(mǎn)足電泳顆粒的性能。</p><p>　　1.2.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　在國(guó)外也不斷的涌現(xiàn)大量學(xué)者對(duì)電子紙中用SiO2顆粒表面改性的研究，以硅烷偶聯(lián)劑等為改性劑進(jìn)行改性，從而減少SiO2顆粒的團(tuán)聚，降低了平均密度、提高表面荷電性以及改善親油性。</p><p>　　Fili

40、p等[26]研究用硅烷化合物對(duì)SiO2顆粒的表面進(jìn)行改性，經(jīng)FTIR表明，硅烷化合物成功接枝在Si02顆粒的表面；經(jīng)SEM圖像分析結(jié)果表明，改性后的SiO2顆粒分散性穩(wěn)定，團(tuán)聚得到明顯改善，親油性好，并且粒徑分布取決于改性劑的類(lèi)型和數(shù)量。</p><p>　　Hitoshi等[27]研究以三甲基硅（TMSS）對(duì)SiO2顆粒的表面進(jìn)行改性，經(jīng)FTIR和能譜分析表明，TMSS成功包裹在Si02顆粒的表面；經(jīng)SEM和A

41、FM分析表明，改性的SiO2顆粒分散穩(wěn)定，團(tuán)聚明顯改善，親水性的SiO2顆粒變成超疏水顆粒。</p><p>　　Laat等[28]研究以聚乙烯基甲基醚的水溶液（PVME）和聚（乙烯基甲基醚）對(duì)SiO2顆粒進(jìn)行表面改性，還探討了對(duì)二氧化硅電泳遷移率的影響，經(jīng)分析顯示，經(jīng)改性的SiO2顆粒的分散性隨PVME用量的增加而越好，并且流動(dòng)性增強(qiáng)，降低團(tuán)聚。</p><p>　　SARKAR等[29

42、]研究使用溶膠-凝膠法制備出二氧化硅顆粒，然后用聚乙烯醇改性SiO2顆粒，得到聚乙烯醇/二氧化硅的復(fù)合顆粒。經(jīng)FTIR表明，聚乙烯醇成功接枝在SiO2顆粒的表面，經(jīng)TEM分析表征得，改性后的SiO2顆粒能均勻地分散在有機(jī)基質(zhì)中，減少了顆粒之間團(tuán)聚，并且使親水疏油性變?yōu)槭杷H油性。</p><p>　　Heather等[30]研究了將二烯丙基二甲基氯化銨和4-苯乙烯磺酸鈉去連續(xù)吸附到SiO2顆粒的表面，經(jīng)吸附等溫線(xiàn)

43、和電泳遷移率（EPM）測(cè)量證實(shí)，0.5mg/m2的PDAD-MAC的表面完全覆蓋SiO2顆粒，隨著試劑的增加，層狀顆粒越穩(wěn)定，并且改變SiO2顆粒表面電荷，Zeta電位增大，分散性和親油性得到改善。</p><p>　　綜上所述，國(guó)外的多數(shù)學(xué)者也以硅烷偶聯(lián)劑為改性劑，對(duì)電子紙用的SiO2顆粒表面進(jìn)行了改性，使團(tuán)聚現(xiàn)象明顯改善，降低了顆粒的密度，增強(qiáng)了親油性，分散性得到了很大的提高，適合作為電泳顆粒。</p&

44、gt;<p>　　因此，電子紙用二氧化硅顆粒的表面改性研究有著重大的意義，其市場(chǎng)需求潛力巨大，通過(guò)對(duì)其表面改性和應(yīng)用的開(kāi)發(fā)，特別是開(kāi)發(fā)我國(guó)的改性產(chǎn)品和自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的改性技術(shù)，具有很好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。</p><p><b>　　1.3 研究?jī)?nèi)容</b></p><p>　　本論文主要研究?jī)?nèi)容是采用溶膠-凝膠法，以正硅酸乙酯為原料，無(wú)水乙醇為分散液，三乙

45、胺為催化劑來(lái)制備出SiO2顆粒，然后用聚乙烯醇和乙烯基三甲氧基硅烷對(duì)制備出的SiO2顆粒表面上的羥基進(jìn)行接枝，最后用改性后的樣品進(jìn)行表征分析，并通過(guò)表征分析改性后的SiO2顆粒在分散介質(zhì)中的懸浮穩(wěn)定性、分散性能以及沉降性等，為顯示器的壽命和顯示效果找到理論上的依據(jù)。表征分析包括傅立葉變換紅外光譜（FTIR）、光學(xué)顯微鏡以及沉降行為測(cè)試分析。通過(guò)傅立葉變換紅外光譜表征硅烷偶聯(lián)劑是否成功接枝到SiO2顆粒表面，通過(guò)光學(xué)顯微鏡表征了SiO2顆

46、粒樣品在四氯乙烯中的分散團(tuán)聚情況，通過(guò)沉降表征分析不同樣品在不同溶劑中不同時(shí)段的沉降情況。</p><p>　　研究目標(biāo)是用將制備出的SiO2顆粒用作電子墨水的電泳顆粒，選用聚乙烯醇為改性劑，吸附在SiO2顆粒表面，降低了表面能，增大了空間位阻，在一定程度上起到物理阻隔的作用，有效防止SiO2顆粒團(tuán)聚；選用乙烯基三甲氧基硅烷為改性劑，鍵接在SiO2顆粒表面，同時(shí)修飾到顆粒表面的有機(jī)長(zhǎng)鏈化合物在顆粒間形成有效空間位

47、阻，減少團(tuán)聚，降低密度，改善親油性。</p><p><b>　　2 實(shí)驗(yàn)部分</b></p><p>　　2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與實(shí)驗(yàn)儀器</p><p>　　實(shí)驗(yàn)所用的主要試劑，如表2.1所示：</p><p>　　表2.1 實(shí)驗(yàn)中所用的化學(xué)試劑</p><p>　　實(shí)驗(yàn)所用的主要儀器，如表2.2所

48、示：</p><p>　　表2.2 實(shí)驗(yàn)中所用的儀器</p><p>　　2.2 SiO2顆粒的制備</p><p>　　經(jīng)過(guò)查閱文獻(xiàn)得知，溶膠一凝膠法以有機(jī)醇鹽為原料，制成溶液后添加強(qiáng)酸，經(jīng)過(guò)聚合、水解和縮合反應(yīng)。溶膠經(jīng)過(guò)聚合后形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)被灌滿(mǎn)沒(méi)有流動(dòng)性的溶劑時(shí)，就得到凝膠，在經(jīng)過(guò)干燥得出SiO2顆粒。此方法制備出的SiO2顆粒純度非常高，在溶液里

49、有良好的分散性、比表面積大、懸浮的性能很好以及活性大。因此，本實(shí)驗(yàn)采用易成功的溶膠一凝膠法制備所需的SiO2顆粒。具體試驗(yàn)步驟如下：</p><p>　　首先自來(lái)水清洗實(shí)驗(yàn)所需的玻璃儀器3遍，并浸泡1小時(shí)，然后用去離子水清洗2至3遍，并自然風(fēng)干，并連接實(shí)驗(yàn)裝置；</p><p>　　用電子天平分別稱(chēng)取無(wú)水乙醇90g，三乙胺8g以及去離子水5g，將反應(yīng)所需的水浴溫度調(diào)至70℃，將稱(chēng)取好的試劑

50、加入三口燒瓶中，調(diào)節(jié)電動(dòng)攪拌器攪拌速度并攪拌20分鐘；</p><p>　　將事先稱(chēng)取好的9 g正硅酸乙酯加入到三口燒瓶中，仍然保持其反應(yīng)溫度不變，反應(yīng)6h；</p><p>　　將反應(yīng)后的乳液倒出并裝入離心管中，放進(jìn)高速離心機(jī)中離心(每次離心10分鐘，轉(zhuǎn)速5000r/min)，然后用去離子水洗滌離心，重復(fù)四次，最后用無(wú)水乙醇洗滌，離心，重復(fù)兩次；</p><p>

51、　　將④所得下層固體轉(zhuǎn)移到燒杯中，然后放入干燥箱恒溫100℃下烘干8 h；</p><p>　　將白色固體轉(zhuǎn)移到瑪瑙研中進(jìn)行研磨，研磨后用400目/寸的分樣篩進(jìn)行篩選，將篩出的固體粉末裝入樣品袋，其流程示意圖如圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1 SiO2顆粒制備流程示意圖</p><p>　　2.3 SiO2顆粒的表面改性</p><p

52、>　　將上述方法制備出的SiO2顆粒進(jìn)行表面改性，分別選取聚乙烯醇、乙烯基三甲氧基硅烷為改性劑。使用聚乙烯醇對(duì)SiO2顆粒的表面進(jìn)行吸附改性，使用乙烯基三甲氧基硅烷對(duì)SiO2顆粒表面的羥基進(jìn)行化學(xué)接枝改性，改善SiO2顆粒的親油性，使親水性變?yōu)槭杷?，減少團(tuán)聚，制備出適用于電泳的改性SiO2顆粒。</p><p>　　2.3.1 聚乙烯醇對(duì)SiO2顆粒的表面改性</p><p>　　

53、聚乙烯醇對(duì)SiO2顆粒的改性為吸附法，吸附法就是將無(wú)機(jī)顆粒分散在溶有聚合物的溶液里，通過(guò)攪拌和加熱，使無(wú)機(jī)顆粒強(qiáng)烈的吸附溶在液體里的聚合物，再將和聚合物互不相容的溶劑洗滌包裹住顆粒，最后烘干，使聚合物強(qiáng)有力的吸附在顆粒表面。</p><p>　　SiO2顆粒用聚乙烯醇表面改性的實(shí)驗(yàn)步驟：</p><p>　　首先自來(lái)水清洗實(shí)驗(yàn)所需的玻璃儀器3遍，并浸泡1小時(shí)，然后用去離子水清洗2至3遍，并

54、自然風(fēng)干，并連接實(shí)驗(yàn)裝置；</p><p>　　用電子天平稱(chēng)量0.35g的聚乙烯醇，用量筒取12ml去離子水，將反應(yīng)所需的水浴溫度調(diào)至90℃，將稱(chēng)取好的試劑放入三口瓶中，調(diào)節(jié)電動(dòng)攪拌器轉(zhuǎn)速約為200r/min，混合攪拌20min；</p><p>　　用電子天平稱(chēng)取1g的SiO2顆粒加入到三口燒瓶中，仍然保持其反應(yīng)溫度不變，反應(yīng)6 h；</p><p>　　在反應(yīng)后

55、的體系內(nèi)加入適量的無(wú)水乙醇，混合均勻，裝入離心管中，放進(jìn)高速離心機(jī)中離心，然后將離心管上層溶液倒出，加入無(wú)水乙醇洗滌離心，如此重復(fù)三次(每次離心4分鐘，轉(zhuǎn)速5000r/min)；</p><p>　　將所得下層固體轉(zhuǎn)移到潔凈的燒杯中，然后放入干燥箱恒溫100℃下進(jìn)行烘干8 h；</p><p>　　將白色固體轉(zhuǎn)移到瑪瑙研中進(jìn)行研磨，研磨后用400目/寸的分樣篩進(jìn)行篩選，將篩出的固體粉末裝入

56、樣品袋。</p><p>　　其流程示意圖如圖2.2 所示：</p><p>　　圖2.2 聚乙烯醇改性SiO2顆粒流程示意圖</p><p>　　2.3.2 乙烯基三甲氧基硅烷對(duì)SiO2顆粒的表面改性</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)均采用過(guò)氧化氫處理的SiO2顆粒進(jìn)行改性，因?yàn)橛眠^(guò)氧化氫處理可以增加其表面羥基的數(shù)量。處理方法是先將所需的SiO2

57、顆粒放入30%H2O2里，常溫下浸泡半天，然后抽濾、干燥。</p><p>　　SiO2顆粒用乙烯基三甲氧基硅烷表面改性實(shí)驗(yàn)步驟：</p><p>　　首先自來(lái)水清洗實(shí)驗(yàn)所需的玻璃儀器3遍，并浸泡1小時(shí)，然后用去離子水清洗2至3遍，并自然風(fēng)干，并連接實(shí)驗(yàn)裝置；</p><p>　　將1g干燥的SiO2顆粒和20ml無(wú)水乙醇放入三口燒瓶中，調(diào)節(jié)水浴箱溫度為70℃，調(diào)節(jié)

58、電動(dòng)攪拌器轉(zhuǎn)速約為200r/min，混合攪拌25min；</p><p>　　將適量的乙烯基三甲氧基硅烷和0.5ml去離子水放置于三口燒瓶中，并混合反應(yīng)攪拌4h；</p><p>　　將反應(yīng)后的乳液倒出并裝入離心管中，然后放進(jìn)高速離心機(jī)中離心，再將離心管上層溶液倒出，加入無(wú)水乙醇至離心管滿(mǎn)，然后再離心，如此重復(fù)四次(每次離心4分鐘，轉(zhuǎn)速5000r/min)；</p><

59、p>　　將④所得下層固體轉(zhuǎn)移到潔凈的燒杯中，然后放入電熱鼓風(fēng)干燥箱恒100℃下進(jìn)行烘干8 h；</p><p>　　將白色固體轉(zhuǎn)移到瑪瑙研中進(jìn)行研磨，研磨后用400目/寸的分樣篩進(jìn)行篩選，將篩出的固體粉末裝入樣品袋。其流程示意圖如圖2.3所示：</p><p>　　圖2.3 乙烯基三甲氧基硅烷改性SiO2顆粒流程示意圖</p><p>　　2.4 樣品分析表征

60、</p><p>　　2.4.1 傅立葉變換紅外光譜（FTIR）</p><p>　　取改性后的SiO2顆粒，使用紅外光譜儀測(cè)出樣品SiO2顆粒的紅外吸收光譜，對(duì)SiO2顆粒的紅外光譜圖進(jìn)行分析，判斷出改性劑的有機(jī)基團(tuán)是否成功的取代羥基接枝到了SiO2顆粒的表面。表征所用到的紅外光譜儀是A Vatar360型傅立葉紅外光譜儀(美國(guó)Thermo Nicolet公司)，顆粒樣品的測(cè)試方法為KB

61、r壓片法。其中掃描范圍為400～4000cm-1，分辨率為4cm-1。</p><p>　　2.4.2 光學(xué)顯微鏡表征</p><p>　　將待測(cè)SiO2顆粒粉末樣品均勻的分散在載玻片上，然后滴一滴四氯乙烯溶液，放置于配備了50×的目鏡的XPS-生物顯微鏡下，用2000倍倍率觀察，根據(jù)觀察到顆粒的粒徑、分布情況、團(tuán)聚大小等判斷其在四氯乙烯中的分散性。</p><

62、;p>　　2.4.3 沉降行為表征</p><p>　　通過(guò)半水半四氯乙烯和全四氯乙烯兩種測(cè)試進(jìn)行沉降行為表征。半水半四氯乙烯測(cè)試是向10ml的樣品瓶中放入等量的水和四氯乙烯，可明顯看到由于水油不溶的分層現(xiàn)象，再將0.05g待測(cè)樣品放入該樣品瓶中，搖晃均勻后靜置，一段時(shí)間后可直觀根據(jù)對(duì)上下層的溶劑的渾濁程度判斷樣品的疏水性。</p><p>　　全四氯乙烯測(cè)試是將實(shí)驗(yàn)中制得的未改性S

63、iO2顆粒和改性SiO2顆粒分別放入裝有四氯乙烯的樣品瓶中，搖晃均勻后靜置，觀察在0，3，6小時(shí)時(shí)間段的時(shí)候樣品瓶中溶劑的渾濁程度和沉降的快慢，并進(jìn)行對(duì)比拍照，直觀粗略判斷樣品在四氯乙烯中的懸浮穩(wěn)定性。</p><p><b>　　3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論</b></p><p>　　在有機(jī)溶劑里，SiO2顆粒顆粒有很好的化學(xué)穩(wěn)定性和光學(xué)特性，白度高，適合當(dāng)電子墨水的白色電

64、泳顆粒。但SiO2顆粒密度較大(2.87g/cm3)，超過(guò)有機(jī)分散介質(zhì)密度，像四氯乙烯密度(1.62g/cm3)，因此導(dǎo)致沉降。并且在有機(jī)分散介質(zhì)里Zeta電位很低，從而使電泳去驅(qū)動(dòng)的電壓很高，響應(yīng)的速度很慢。因此，需要對(duì)SiO2顆粒顆粒的表面進(jìn)行改性，以減少顆粒的平均密度、提高表面荷電性和減少團(tuán)聚。</p><p>　　選用聚乙烯醇和乙烯基三甲氧基硅烷為改性劑。實(shí)驗(yàn)過(guò)程：先采用溶膠－凝膠法制備出SiO2顆粒，然

65、后用聚乙烯醇和乙烯基三甲氧基硅烷對(duì)其進(jìn)行改性，最后經(jīng)FTIR、光學(xué)顯微鏡、沉降行為測(cè)試進(jìn)行表征。</p><p><b>　　3.1 實(shí)驗(yàn)步驟</b></p><p>　　3.1.1 SiO2顆粒制備的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象</p><p>　　將無(wú)水乙醇、去離子水以及三乙胺混合時(shí)，溶液的外觀特征基本無(wú)變化，仍保持無(wú)色透明狀態(tài)，如圖3.1所示；當(dāng)加入正硅酸乙

66、酯，攪拌十分鐘后，溶液逐漸由無(wú)色透明溶液變?yōu)榈{(lán)色溶液；半小時(shí)后溶液體系由淡藍(lán)色逐漸變?yōu)槿榘咨?，且越?lái)越白，并有部分白色膠狀物粘附在三口燒瓶瓶壁，如圖3.2所示；2 h至6 h這段時(shí)間反應(yīng)體系基本無(wú)變化，較之前體系更白，瓶底出現(xiàn)少許的白色膠狀沉淀物，攪拌結(jié)束后呈乳白色，如圖3.3所示；將反應(yīng)完后的乳液放入干凈的燒杯，靜置一段時(shí)間后，出現(xiàn)分層現(xiàn)象；將乳液倒入離心管用離心機(jī)離心后，再用無(wú)水乙醇洗滌，出現(xiàn)明顯的固液兩層分離現(xiàn)象；烘干后用瑪瑙進(jìn)

67、行研磨，為白色粉末狀，如圖3.4所示。</p><p>　　圖3.1 未加入正硅酸乙酯前的現(xiàn)象 圖3.2 加入正硅酸乙酯攪拌半小時(shí)的現(xiàn)象</p><p>　　圖3.3 攪拌完后的現(xiàn)象 圖3.4 為研磨后的納米SiO2顆粒</p><p>　　3.1.2 聚乙烯醇改性SiO2顆粒實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象</p><p>　　分別

68、對(duì)75℃、90℃的改性溫度，改性劑的用量以及3h、6h的攪拌時(shí)間進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，探究了聚乙烯醇為改性劑條件下對(duì)此次制備的SiO2顆粒改性的優(yōu)化方案。</p><p>　　4組實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)試劑對(duì)比如表3.1所示。</p><p>　　表3.1 SiO2顆粒表面改性的4組實(shí)驗(yàn)的條件和試劑對(duì)比表</p><p>　　在聚乙烯醇和去離子水混合加熱攪拌時(shí)，聚乙烯醇慢慢

69、溶解，溶液呈乳白色；當(dāng)加入SiO2顆粒一段時(shí)間后，溶液基本保持在乳白色狀態(tài)，如圖3.5所示；攪拌完成后加入適量無(wú)水乙醇混合，洗滌，倒入離心管用離心機(jī)離心，出現(xiàn)明顯的固液兩層分離現(xiàn)象，離心后烘干研磨呈白色粉末狀。</p><p>　　圖3.5 攪拌反應(yīng)完成后呈乳白色</p><p>　　3.1.3 乙烯基三甲氧基硅烷改性SiO2顆粒實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象</p><p>　　分別對(duì)

70、45℃、70℃的改性溫度，5%、10%的改性劑用量進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，探究了乙烯基三甲氧基硅烷為改性劑條件下對(duì)此次制備的SiO2顆粒改性的優(yōu)化方案。</p><p>　　3組實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)試劑對(duì)比如表3.2所示：</p><p>　　表3.2 SiO2顆粒表面改性的2組實(shí)驗(yàn)的條件和試劑對(duì)比表</p><p>　　在SiO2顆粒和無(wú)水乙醇混合攪拌時(shí)，溶液呈無(wú)色渾濁狀

71、；當(dāng)加入乙烯基三甲氧基硅烷一段時(shí)間后溶液越來(lái)越渾濁，隨著反應(yīng)的進(jìn)行溶液逐漸呈淡黃色，攪拌反應(yīng)完成后呈淡黃色乳濁液，如圖3.6所示；攪拌反應(yīng)完成后倒入離心管用離心機(jī)離心，離心管中乳液固液分離 ；用無(wú)水乙醇洗滌時(shí)，出現(xiàn)明顯的固液兩層分離現(xiàn)象。離心后烘干研磨呈白色粉末狀。</p><p>　　圖3.6 攪拌反應(yīng)完成后的淡黃色乳濁液</p><p>　　3.2 聚乙烯醇改性SiO2顆粒測(cè)試與表征&

72、lt;/p><p>　　3.2.1 FTIR分析</p><p>　　圖3.7 聚乙烯醇改性SiO2顆粒的紅外光譜圖</p><p>　　圖3.7為聚乙烯醇改性SiO2顆粒的紅外光譜圖，3449cm-1處吸收峰歸屬于SiO2顆粒吸附水的伸縮振動(dòng)峰。1091cm-1、797cm-1、470cm-1處的吸收峰為SiO2顆粒的特征吸收峰，由聚乙烯醇分子式(C2H4O)n知其中

73、存在CH3-和-CH2-，而1463cm- 1處吸收峰為聚乙烯醇中CH3-和-CH2-的變形振動(dòng)峰，2934cm- 1處吸收峰對(duì)應(yīng)于聚乙烯醇中CH3-和-CH2-的伸縮振動(dòng)峰，由此可以證明聚乙烯醇成功吸附在SiO2顆粒的表面上。</p><p>　　3.2.2 光學(xué)顯微鏡分析</p><p><b>　　ab</b></p><

74、;p>　　圖3.8 SiO2顆粒樣品在四氯乙烯溶劑中光學(xué)顯微2000倍圖（a為未改性SiO2顆粒；b為聚乙烯醇改性SiO2顆粒）</p><p>　　由圖3.8（a）顯示未改性的SiO2顆粒在四氯乙烯中團(tuán)聚比較嚴(yán)重，粒徑分布較寬，顆粒較大；由圖3.8（b）可以看出經(jīng)過(guò)聚乙烯醇改性后的SiO2顆粒在四氯乙烯中團(tuán)聚情況有所改善，呈小顆粒狀較穩(wěn)定分散，粒徑分布較窄。</p><p>　　通

75、過(guò)對(duì)比得出，聚乙烯醇改性后的SiO2顆粒相較于未改性SiO2顆粒在四氯乙烯中的團(tuán)聚情況明顯改善，分散性能更好。分析原因有兩點(diǎn)：一是聚乙烯醇吸附在SiO2顆粒表面，降低了顆粒的表面能，增大了空間位阻，減少自身團(tuán)聚；二是聚乙烯醇改性SiO2顆粒后，顆粒表面表現(xiàn)為改性劑聚乙烯醇的非極性，根據(jù)相似相容原理，因此改性后的SiO2顆粒更易于分散在非極性的四氯乙烯中。</p><p>　　3.2.3 沉降行為表征</p&

76、gt;<p>　　3.2.3.1 半水半四氯乙烯測(cè)試 向10ml的樣品瓶中放入等量的水和四氯乙烯，可明顯看到由于水油不溶的分層現(xiàn)象，再將0.05g待測(cè)樣品放入該樣品瓶中，搖晃均勻后靜置，通過(guò)SiO2顆粒在上下層溶劑中的渾濁程度來(lái)評(píng)價(jià)樣品的疏水性。SiO2顆粒表面改性的4組半水半四氯乙烯測(cè)試實(shí)驗(yàn)對(duì)比如表3.3所示。</p><p>　　表3.3 SiO2顆粒表面改性的4組半水半四氯乙烯測(cè)試實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)

77、果</p><p>　　通過(guò)4組實(shí)驗(yàn)對(duì)比知，試驗(yàn)號(hào)A1的測(cè)試效果相對(duì)好些，改性的上層水溶液慢慢呈無(wú)色透明，下層四氯乙烯呈渾濁狀態(tài)，分析原因可能為聚乙烯醇吸附在SiO2顆粒表面后，表面有機(jī)成分增多，使疏水性提高。</p><p>　　3.2.3.2 全四氯乙烯測(cè)試 將未改性SiO2顆粒和改性SiO2顆粒分別放入四氯乙烯的樣品瓶中，搖晃均勻后靜置，觀察在0，3，6小時(shí)時(shí)間段的時(shí)候樣品瓶中溶劑

78、的渾濁程度和沉降的快慢。通過(guò)SiO2顆粒在四氯乙烯中的沉降情況來(lái)評(píng)價(jià)顆粒的懸浮穩(wěn)定性，在樣品瓶里清的是沉降快的，懸浮穩(wěn)定性差，呈白色的是沉降慢的，懸浮穩(wěn)定性好。</p><p>　　由半水半四氯乙烯測(cè)試可知，試驗(yàn)號(hào)為A1的效果最好，因此選此條件下改性的SiO2顆粒和未改性的SiO2顆粒進(jìn)行沉降實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析。</p><p>　　圖3.9 未改性SiO2顆粒及改性SiO2顆粒在四氯乙烯中0h

79、的懸浮穩(wěn)定情況</p><p>　　在0h時(shí)，由圖3.9看出改性前后的SiO2顆粒在四氯乙烯溶液中的懸浮穩(wěn)定情況，未改性SiO2顆粒在四氯乙烯里無(wú)法穩(wěn)定懸浮分散，快速下沉，使得溶液慢慢清澈透明，改性SiO2顆粒在四氯乙烯中懸浮穩(wěn)定良好，沉降速度慢。</p><p>　　圖3.10 未改性SiO2顆粒及改性SiO2顆粒在四氯乙烯中3h的懸浮穩(wěn)定情況</p><p>　

80、　在3h時(shí)，由圖3.10看出未改性SiO2顆粒在四氯乙烯溶液中快速沉降，底部有大量沉淀，溶液清澈透明；改性SiO2顆粒沉降慢，底部開(kāi)始有沉淀物，但任相對(duì)未改性的SiO2顆粒溶液渾濁，沉降速度慢。</p><p>　　圖3.11 未改性SiO2顆粒及改性SiO2顆粒在四氯乙烯中6h的懸浮穩(wěn)定情況</p><p>　　在6h時(shí)，由圖3.11可看出未改性SiO2顆粒在四氯乙烯溶液中全部沉淀，溶液

81、清澈透明，改性SiO2顆粒大部分沉淀，上層溶劑微渾濁，有少許未沉降。</p><p>　　通過(guò)對(duì)比圖3.9、3.10、3.11得出，在四氯乙烯中，聚乙烯醇改性SiO2顆粒相比于未改性的SiO2顆粒表現(xiàn)出良好的懸浮穩(wěn)定性，分析聚乙烯醇改性SiO2顆粒使其懸浮穩(wěn)定性能得到有效改善的原因?yàn)椋阂皇蔷垡蚁┐嘉皆赟iO2顆粒表面，降低了表面能，增大了空間位阻，在一定程度上起到物理阻隔的作用，有效防止SiO2顆粒團(tuán)聚；二是聚

82、乙烯醇改性SiO2顆粒后，顆粒表面表現(xiàn)為改性劑聚乙烯醇的非極性，根據(jù)相似相容原理，因此改性后的SiO2顆粒更易于分散在非極性的四氯乙烯中。</p><p>　　綜上所述，試驗(yàn)號(hào)A1為最佳改性方案，即聚乙烯醇在用量為0.35g、改性溫度為90℃、攪拌時(shí)間為6h的條件下改性最佳。</p><p>　　3.3 乙烯基三甲氧基硅烷改性SiO2顆粒測(cè)試與表征</p><p>

83、　　3.3.1 光學(xué)顯微鏡分析</p><p><b>　　ab</b></p><p>　　圖3.12 SiO2顆粒樣品在四氯乙烯溶劑中光學(xué)顯微2000倍圖（a為未改性SiO2顆粒；b為乙烯基三甲氧基硅烷改性SiO2顆粒）</p><p>　　由圖3.12（a）顯示未改性SiO2顆粒在四氯乙烯中團(tuán)聚比較嚴(yán)重，分散差，粒徑分布相對(duì)較寬，顆粒較

84、大；由3.12（b）可以看出經(jīng)過(guò)乙烯基三甲氧基硅烷改性后的SiO2顆粒在四氯乙烯中呈小顆粒狀較穩(wěn)定分散，粒徑分布較窄，團(tuán)聚情況明顯改善。</p><p>　　通過(guò)對(duì)比得出，乙烯基三甲氧基硅烷改性后的SiO2顆粒相較于未改性SiO2顆粒在四氯乙烯中的團(tuán)聚較小，分散性能更好。分析原因有兩點(diǎn)：一是乙烯基三甲氧基硅烷經(jīng)偶聯(lián)反應(yīng)鍵接在SiO2顆粒表面，增大了空間位阻，減少自身團(tuán)聚；二是乙烯基三甲氧基硅烷改性SiO2顆粒后，

85、顆粒表面表現(xiàn)為改性劑乙烯基三甲氧基硅烷的非極性，根據(jù)相似相容原理，因此改性后的SiO2顆粒更易于分散在非極性的四氯乙烯中。</p><p>　　3.3.2 沉降行為表征</p><p>　　3.3.2.1 半水半四氯乙烯測(cè)試 向10ml的樣品瓶中放入等量的水和四氯乙烯，可明顯看到由于水油不溶的分層現(xiàn)象，將0.05g待測(cè)樣品放入該樣品瓶中，搖晃均勻后靜置，一段時(shí)間后通過(guò)SiO2顆粒在上下層

86、溶劑中的渾濁程度來(lái)評(píng)價(jià)樣品的疏水性。SiO2顆粒表面改性的3組半水半四氯乙烯實(shí)驗(yàn)的對(duì)比如下表3.4所示。</p><p>　　表3.4 SiO2顆粒表面改性的3組半水半四氯乙烯實(shí)驗(yàn)的對(duì)比結(jié)果</p><p><b>　　表3.4（續(xù)表）</b></p><p>　　通過(guò)3組實(shí)驗(yàn)對(duì)比，試驗(yàn)號(hào)為B1的測(cè)試效果比較好，改性的上層水溶液慢慢呈無(wú)色透明，

87、下層四氯乙烯呈渾濁狀態(tài)，原因可能為表面羥基被硅烷取代，顆粒的表面有機(jī)成分增多，使疏水性提高。</p><p>　　3.3.2.2 全四氯乙烯測(cè)試 將未改性SiO2顆粒和改性SiO2顆粒分別放入四氯乙烯的樣品瓶中，搖晃均勻后靜置，觀察在0，3，6小時(shí)時(shí)間段的時(shí)候樣品瓶中溶劑的渾濁程度和沉降的快慢。通過(guò)SiO2顆粒在四氯乙烯中的沉降情況來(lái)評(píng)價(jià)顆粒的懸浮穩(wěn)定性，在樣品瓶里清的是沉降快的，懸浮穩(wěn)定性差，呈白色的是沉降慢

88、的，懸浮穩(wěn)定性好。</p><p>　　由半水半四氯乙烯測(cè)試可知，試驗(yàn)號(hào)為B1的效果相對(duì)明顯，因此選此條件下改性的SiO2顆粒和未改性的進(jìn)行沉降實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析。</p><p>　　圖3.13 未改性SiO2顆粒及改性SiO2顆粒在四氯乙烯中0h的懸浮穩(wěn)定情況</p><p>　　在0h時(shí)，由圖3.13看出改性前后的SiO2顆粒在四氯乙烯溶液中的懸浮穩(wěn)定情況，未改性S

89、iO2顆粒在四氯乙烯里無(wú)法穩(wěn)定懸浮，快速下沉，使得溶液慢慢清澈透明，改性SiO2顆粒在四氯乙烯中懸浮穩(wěn)定良好，沉降速度緩慢。</p><p>　　圖3.14 未改性SiO2顆粒及改性SiO2顆粒在四氯乙烯中3h的懸浮穩(wěn)定情況</p><p>　　在3h時(shí)，由圖3.14看出未改性SiO2顆粒在四氯乙烯溶液中完全沉降在底部，溶液清澈透明，改性SiO2顆粒沉降相對(duì)慢些，底部開(kāi)始有沉淀物，但任有少

90、量改性SiO2顆粒浮在四氯乙烯中，溶液微渾濁。</p><p>　　圖3.15 未改性SiO2顆粒及改性SiO2顆粒在四氯乙烯中6h的懸浮穩(wěn)定情況</p><p>　　在6h時(shí)，由圖3.15可看出未改性SiO2顆粒在四氯乙烯溶液中全部沉淀，溶液清澈透明，改性SiO2顆粒幾乎全部沉淀。 </p><p>　　通過(guò)對(duì)比圖3.13、3.14、3.15得出，在四氯乙烯中，乙

91、烯基三甲氧基硅烷改性SiO2顆粒相比于未改性的SiO2顆粒表現(xiàn)出良好的懸浮穩(wěn)定性。分析乙烯基三甲氧基硅烷改性SiO2顆粒使其懸浮穩(wěn)定性能得到有效改善的原因?yàn)椋阂皇且蚁┗籽趸柰殒I接在SiO2顆粒表面，顆粒與顆粒接觸時(shí)產(chǎn)生排斥作用，空間位阻較大，改性SiO2顆粒粒度小，沉降速度越慢，懸浮穩(wěn)定；二是乙烯基三甲氧基硅烷改性SiO2顆粒后，顆粒表面表現(xiàn)為改性劑乙烯基三甲氧基硅烷的非極性，根據(jù)相似相容原理，因此改性后的SiO2顆粒更易于分散在

92、非極性的四氯乙烯中。</p><p>　　綜上所述，試驗(yàn)號(hào)B1為最佳改性方案，即乙烯基三甲氧基硅烷在用量為0.1g、改性溫度為70℃條件下改性最佳。</p><p><b>　　3.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　通過(guò)對(duì)溶膠-凝膠法自制的SiO2顆粒的表面進(jìn)行了改性的研究，使用聚乙烯醇、乙烯基三甲氧基硅烷兩種不同的改性劑分別在不同條件

93、下進(jìn)行改性的對(duì)比試驗(yàn)，并且經(jīng)過(guò)傅里葉變換紅外光譜（FTIR）、光學(xué)顯微鏡以及沉降行為測(cè)試對(duì)改性后的樣品行了表征分析，得到了以下的結(jié)論： </p><p>　　(1)當(dāng)使用聚乙烯醇為改性劑時(shí)，通過(guò)FTIR表征證明聚乙烯醇成功吸附到SiO2顆粒表面；</p><p>　　(2)通過(guò)光學(xué)顯微鏡表征證明未改性的SiO2顆粒在四氯乙烯里團(tuán)聚嚴(yán)重，而聚乙烯醇和乙烯基三甲氧基硅烷兩種不同改性劑分別改性的

94、SiO2顆粒樣品在四氯乙烯中的團(tuán)聚得到明顯的改善；</p><p>　　(3)通過(guò)沉降行為表征分析在0h、3h、6h時(shí)段的沉降情況，證明改性的SiO2顆粒在四氯乙烯容液里沉降最慢，表現(xiàn)出良好的懸浮穩(wěn)定性。</p><p>　　(4)聚乙烯醇改性SiO2顆粒的最佳工藝條件為：改性劑用量為0.35g、改性溫度為90℃、攪拌時(shí)間為6h的條件下改性最佳；乙烯基三甲氧基硅烷改性SiO2顆粒的最佳工藝

95、條件為：改性劑用量為0.1g、改性溫度為70℃條件下改性最佳。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　為了獲得適合于電子墨水的SiO2顆粒，本論文對(duì)溶膠-凝膠法制備的SiO2顆粒表面改性進(jìn)行了研究，并使用聚乙烯醇、乙烯基三甲氧基硅烷兩種不同的改性劑分別對(duì)其進(jìn)行改性。分析聚乙烯醇改性的SiO2顆粒紅外光譜圖表明：2934cm- 1處

96、吸收峰對(duì)應(yīng)于聚乙烯醇上CH3-和-CH2-的伸縮振動(dòng)峰，1463cm- 1處吸收峰為聚乙烯醇上CH3-和-CH2-的變形振動(dòng)峰，由聚乙烯醇分子式(C2H4O)n知其中存在CH3-和-CH2-，由此可以證明聚乙烯醇成功吸附在SiO2顆粒的表面上。通過(guò)光學(xué)顯微鏡表征，得出改性后的SiO2顆粒的分散性得到明顯的改善，減少團(tuán)聚，呈小顆粒狀較穩(wěn)定分散，粒徑分布較窄。沉降行為表征得出，聚乙烯醇改性SiO2顆粒相比于未改性的SiO2顆粒表現(xiàn)

97、出良好的懸浮穩(wěn)定性；分析乙烯基三甲氧基硅烷改性的SiO2顆粒的光學(xué)顯微鏡，得出改性后的SiO2顆粒在四氯乙烯中呈小顆粒狀較穩(wěn)定分散，粒徑分布較窄，團(tuán)聚情況明顯改善。通過(guò)沉降行為表征，得出乙烯基三甲氧基硅烷改性SiO2顆粒相比于未改性的SiO2顆粒表現(xiàn)出良好的懸浮穩(wěn)定性。綜上，本文采用的兩種改性劑成功鍵接在SiO2顆粒表面，而且都有效的改善</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b><

98、/p><p>　　Sheng Liu, Gang Wu, Hong Zheng Chen, Mang Wang. Preparation and charac-terization of Fe3O4/SiO2 particles for dual-particle Electrophoretic display[J]. Sy-nthetic Metal. 2012:89-94.</p><p>

99、;　　Ziqiang Wen, Yaqing Feng, Xianggao Li, Xiaoxu Li, Yu Bai,Qingmeng Tang, YidanGao.Fabrication of diarylide yellow pigments/modified SiO2 core-shell hy-bridcomposite particles for electrophoretic displays[J]. Current Ap

100、plied Physics. 2012:259-265.</p><p>　　溫婷，孟憲偉，任湘菱，唐芳瓊. 電子紙顯示器中電泳顆粒制備的研究進(jìn)展[J]. 過(guò)程工程學(xué)報(bào)，2010，10（4）：815-825.</p><p>　　郭惠林，王允韜，劉曙等. 電子墨水的組成與制備方法[J]. 功能材料，2003，34（4）：386-389.</p><p>　　伍媛婷.

101、 電子墨水用白色顯色顆粒的制備及表面改性[D]. 陜西：陜西科技大學(xué)博士學(xué)位論文，2006.</p><p>　　朱宛琳，王秀峰，王列松，程冰，伍媛婷. 電子墨水顯示器用電泳顆粒制備和表面改性的研究進(jìn)展[J]. 材料導(dǎo)報(bào)，2007，27（1）：106-109.</p><p>　　楊紅. 低密度、快響應(yīng)電泳粒子及電子墨水微膠囊的制備[D]. 浙江：浙江大學(xué)博士學(xué)位論文，2010.</

102、p><p>　　朱宛琳，王秀峰，王列松，伍媛婷，方俊. 電子墨水用SiO2白色電泳顆粒的表面包裹及荷電[J]. 液晶與顯示，2007，22（2）：140-145.</p><p>　　包孟如，朱桂茹，汪錳，高從增. 單分散球形納米二氧化硅制備方法的研究進(jìn)展[J]. 材料導(dǎo)報(bào)，2014，23（3）：135-139.</p><p>　　王曉英，蔡旭，洪若瑜，等. 納米二氧

103、化硅的制備及應(yīng)用[J]. 中國(guó)粉體技術(shù)，2011，17（3）：63-67.</p><p>　　歐陽(yáng)兆輝. 納米二氧化硅的改性及其在丁基橡膠中應(yīng)用研究[D]. 武漢：武漢科技大學(xué)博士學(xué)位論文，2005.</p><p>　　韓靜香，余利娟，翟立新，等. 化學(xué)沉淀法制備納米二氧化硅[J]. 硅酸鹽通報(bào)，2011，30（3） ：681-685.</p><p>　　伍媛

104、婷，王秀峰，王列松，等. 丁二酸改性電子墨水用球形SiO2顆粒的FTIR及XPS分析[J]. 液晶與顯示，2006，21（6）：649-654.</p><p>　　吳海艷，周莉，臧樹(shù)良. 納米二氧化硅表面改性的研究[J]. 礦冶，2010，19（4）：49-52.</p><p>　　程冰，王秀峰，王列松. 電子墨水用白色電泳顆粒的制備及其表面改性[J]. 精細(xì)化工，2005，22（10

105、）：736-738.</p><p>　　戚棟明，包永忠，黃志明，等．納米SiO2粒子錨固偶氮引發(fā)劑及接枝聚甲基丙烯酸甲酯[J]．高分子學(xué)報(bào)，2004，12（3）：415-418．</p><p>　　毋偉，陳建峰，李永生，楊萬(wàn)強(qiáng)，何少利. 溶膠一凝膠法納米二氧化硅原位改性研究[J]. 材料科學(xué)與工藝，2005，13（1）：41-44.</p><p>　　劉春華，

106、潘才元. 通過(guò)RAFT聚合制備SiO2/接枝共聚物納米雜化粒子[J]．高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào)，2008，29（2）：404-408. </p><p>　　李峰，李紅強(qiáng)，賴(lài)學(xué)軍，吳文劍，曾幸榮. y-巰丙基三甲氧基硅烷對(duì)納米二氧化硅表面接枝改性的研究[J]. 無(wú)機(jī)鹽工業(yè)，2014，46（4）：33-36.</p><p>　　姜會(huì)平，王曉川，鐘發(fā)春，郝曉飛. 單分散納米二氧化硅微球表面化學(xué)修飾與

107、表征[J]. 廣州化工，2011，39（8）：36-39.</p><p>　　唐洪波，張欣萌，馬冰潔，鐘玉華. 六甲基二硅胺烷改性納米二氧化硅工藝[J]. 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，29（6）：663-664.</p><p>　　陳素芬，李波，劉一楊，張占文. 三甲基硅烷化改性二氧化硅氣凝膠[J]. 強(qiáng)激光與粒子束，2009，21（1）：76-78.</p><p