摘要

對絹云母（Sericite）粉末進(jìn)行硅烷偶聯(lián)劑濕法處理，采用Washburn法測量了經(jīng)不同濃度的硅烷偶聯(lián)劑修飾后的絹云母粉末的表面張力。修飾后的絹云母粉末的表面張力具有周期性的變化，且波峰與波谷隨著3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）用量的增加而增大。利用比表面儀（BET）和激光粒度儀，獲得絹云母粉末表面的粗糙度為17.5，且根據(jù)Wenzel和Cassie復(fù)合方程，獲得液體與粗糙表面接觸的投影面積分?jǐn)?shù)f2為0.103，在絹云母粉末表面的單分子層APTES密度為1.82×1018個／m2。

引言

近年來，利用硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行分子自組裝越來越受到人們的關(guān)注。其中，3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）所形成的分子自組裝膜，由于一端具有極性氨基，具有很好的反應(yīng)活性，可以與羧基、酰氯、酸酐、磺酰化劑、鹵素等反應(yīng)，可應(yīng)用于光刻蝕技術(shù)領(lǐng)域；另外，末端氨基能夠固定蛋白質(zhì)與DNA片段，在生物探針和生物傳感器方面得到應(yīng)用。

APTES溶液的濃度、溶劑種類、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間以及制備工藝等對分子自組裝膜的形態(tài)都會產(chǎn)生影響。Petri等通過將硅烷偶聯(lián)劑蒸發(fā)，在固體表面沉積獲得單分子層；Flink等將固體表面浸漬在低濃度的APTES溶液中，獲得了單分子自組裝層，而Amemiya等采用類似的方法，卻獲得了頭-尾相連的多層自組裝分子膜。目前，分子自組裝膜的研究手段主要包括：紅外光譜（FT-IR）及全紅外反射（RAIR）、X線光電子能譜（XPS）、橢圓光度法、石英晶體微天平（QCM）、接觸角（CA）、原子力顯微鏡（AFM）和隧道掃描顯微鏡（STM）等，但對于粉末表面分子自組裝的表征具有一定的局限性。表面張力只受到外層化學(xué)基團(tuán)的影響，反映了表面基團(tuán)化學(xué)信息，本文以絹云母（Sericite）粉末為載體，采用濕法處理，在絹云母粉末表面形成 APTES分子自組裝膜，通過研究經(jīng)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù) APTES/乙醇溶液處理后，自組裝膜的表面張力變化，進(jìn)而探討了APTES在粗糙絹云母粉末表面的分子自組裝，并計(jì)算出單分子層 APTES密度。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

絹云母粉末，滁州格銳礦物有限公司，密度2.65 g/cm3，平均粒徑 6.8 μm； APTES，南京晨光硅烷偶聯(lián)劑有限公司。

1.2 表征設(shè)備

表／界面張力儀（芬蘭Kibron， dIFT）；比表面儀（BET，美國麥克， ASAP-2020）；激光粒度儀（英國馬爾文， MS- 2000）；掃描電鏡（SEM，日本電子，JSM-5900）。

1.3 試樣制備

將絹云母粉末在 120℃ 干燥 6 h，將干燥后的 20 g 絹云母粉末分別放入 200 mL 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的APTES/乙醇溶液中，用超聲分散 2~5 min，將該懸浮液放在室溫下自然干燥。經(jīng)處理后的絹云母粉末在 80℃ 下干燥 2 h。在索氏抽提器中，用甲苯將以上獲得絹云母粉末洗滌 6 h后，在 80℃ 下干燥 1 h。

1.4 APTES/乙醇溶液表面張力的測定

Wilhelmy吊片法公式為

σ1 = F / (L cos θ)(1)

式中：σ1 為潤濕液的表面張力； L為吊片與潤濕液接觸的周長； F為提升過程中潤濕液表面的張力作用； θ 為潤濕液體與吊片的接觸角。當(dāng)?shù)跗x用 Pt板時(shí)，由于 Pt表面能很高，可以認(rèn)為潤濕液完全鋪展在 Pt板上， θ=0°，因此

σ1 = F / L(2)

將 APTES溶于乙醇中，采用 Wilhelmy法測量不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的 APTES/乙醇溶液表面張力，其中APTES的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 0.5％、 1.0％、 1.5％ 和 4.0％。

1.5 表面接觸角的測定

1.5.1 絹云母片的接觸角

Wilhelmy吊片法也可以用來測量片狀固體表面與浸潤液的接觸角，改變式（1）形式，可以獲得

cos θ = F / (L σ1)(3)

將塊狀絹云母進(jìn)行剝離，獲得厚度為 0.1~0.15 mm，長度 20 mm的矩形絹云母薄片，采用 Wilhelmy吊片法測量絹云母片與乙醇的接觸角。