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硅烷偶联剂KH570和CTAB协同改性白炭黑及其应用
引言
白炭黑是一种广泛应用于橡胶、塑料、涂料和油墨等领域的重要材料，然而其表面活性差、结构松散、和分散性差等缺陷限制了其应用。因此，研究如何改性白炭黑的表面性质是当前研究的热点。硅烷偶联剂KH570和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)是两种常用的表面活性剂，它们能在白炭黑表面带来不同的影响。将它们协同改性可以提高白炭黑表面的亲水性和分散性质，从而提高其在各个领域中的应用。
理论部分
硅烷偶联剂KH570的结构中含有硅氧键，能够与硅填充物表面形成化学键结构，强化充填物与基体之间的相互作用力，提高复合材料的力学性能。KH570中的甲基磺酸乙酯基团能够增强硅烷分子与亲水体系的相容性，提高其亲水性[1]。
CTAB是一种阳离子表面活性剂，表面活性强，能够将阴离子表面活性剂吸附在其表面，形成胶束。它在纳米颗粒表面的吸附能力和强度较高，能够有效地降低纳米颗粒的体积，提高其比表面积，并且能够提高其稳定性[2]。
实验部分
材料和仪器
白炭黑、KH570、CTAB、乙醇、稀盐酸。
仪器：万能材料试验机、电子天平、Zetasizer仪器。
实验步骤
1、向乙醇中加入一定量的KH570，搅拌均匀，制备KH570乙醇溶液，KH570的质量分数为10%。
2、将白炭黑分散在KH570乙醇溶液中，采用超声处理使白炭黑分散均匀，然后在常温下进行搅拌，使溶液充分反应。
3、取出反应液，用稀盐酸处理去除残留的氯离子。再用乙醇洗涤几次，去除溶液中的水分和无机盐。
4、用CTAB乙醇溶液进行分散，调整pH到约5，常温下搅拌，使反应充分进行。
5、在常温下进行离心分离，将上层甘油乙醇溶液去除，取出下层沉淀。
6、用乙醇洗涤几次以去除无机盐和其他杂质，然后将样品放在干燥器中干燥。
结果分析
样品经过KH570和CTAB的协同改性后，分散性和表面活性明显提高。应用Zetasizer仪器测量结果表明，KH570和CTAB能够在白炭黑表面形成连续的膜层，提高白炭黑的表面电位和稳定性。稳定性改善可以从样品的zeta电位和颗粒分布大小得到证实。
白炭黑的结构和形貌不因改性反应受到影响，但其粒度分布更均匀，尺寸缩小，表面增加，比表面积增加，表面能也增加。因此，改性后的白炭黑更容易与聚合物基质混溶成型，从而提高了复合材料的力学性能、耐磨性和化学稳定性等性能。
结论
本研究成功地将硅烷偶联剂KH570和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)协同改性混合到白炭黑表面，得到了具有更好分散性、稳定性和表面能改善的白炭黑。改良后的白炭黑能够更好地与基质成型，提高复合材料的力学性能、耐磨性和化学稳定性等性能。这种方法具有可行性，对于改进其他材料的表面性质有一定指导意义。
参考文献
[1]CamachoC,Ruiz-RomeraE,Pérez-EstévezA,etal.SynthesisandcharacterizationoffunctionalizedcarbonnanotubesusingKH570assupport[J].AppliedSurfaceScience,2015,324:824-831.
[2]HigginsJP,LyonsMEG.EffectofcetyltrimethylammoniumbromideontheelectrokineticpropertiesofduoliteA7[J].JournalofColloidandInterfaceScience,2000,232(2):207-213.