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木虫 (著名写手)

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[交流] 等离子体改性炭黑，表面接枝含氧官能团

今天分享炭黑分散的文献，需要原文的私信我邮箱，并发送221107，我看到会发给大家

一句话了解全文

利用氧等离子体改性炭黑(CB)表面引入含氧官能团。通过在等离子体改性炭黑表面，可以改变炭黑表面的含氧官能团的量。随着改性时间的延长含氧量也逐渐增加，通过红外测试和XPS测试可以得到改性后的炭黑表面明显有含氧量的增加。通过水接触角和在水中的分散效果也能得出等离子体对炭黑表面的改性有明显的效果。

等离子改性简介

等离子体在材料表面改性方面具有如下优点：
1、等离子体产生的能量远低于高能放射性射线，故等离子体改性只会发生在材料的表面，不会影响材料固有性能和结构；
2、等离子体反应效率高、时间短；
3、等离子体改性是干式工艺，基本不排放废气和废液，能达到节能环保的效果；
4、工艺操作简单，方便和污染小。
等离子体改性材料表面研究与应用，已成为近些年来研究的热点。
炭黑表征

图1 未经处理的炭黑(a)和经过不同时间处理的炭黑SEM图(b)5min (c)10min (d)30min

随着等离子体改性时间的逐渐增加，炭黑的分散性越来越好，颗粒边界越来越明显，处理时间为30min可以看见明显的类球状形貌。

图2 FT-IR分析图

相比未改性的炭黑，经过等离子体改性后的炭黑在1633、1384、1186、1114cm-1左右有新的吸收峰。这些峰分别代表着醇羟基中O-H键的弯曲震动和羧基中C-O键的伸缩震动。通过这些峰可以得出等离子体改性过的炭黑表面含有–OH，和–COOH官能团。

图3 XPS测试：(a)未处理炭黑 (b)等离子处理10min (c)等离子处理30min

石墨结构上的SP2C，C=C，284.6eV；SP3C，C-C，285.1eV；C-O，286.0eV；COO-，288.9eV。从三张图的对比可以看出来，经过氧等离子体改性处理后，SP2C大量减少，SP3C和含氧官能团的数量大量增加。说明等离子改性处理可以在炭黑表面接枝–COOH官能团。

图4 未处理的炭黑和等离子处理30min的炭黑分散效果
图5未经处理的炭黑(a)和处理不同时间炭黑接触角图像：(b)10min (c)20min (d)30min

未经处理的炭黑加到水中后，会漂浮在水面上；等离子体改性后的炭黑在去离子水中慢慢沉淀到去离子水的底部，说明经过等离子体改性后炭黑表面有含氧官能团，进而在去离子水中的分散效果更好。
经过等离子体改性后的炭黑随着改性时间的增加，与去离子水的接触角不断减小。等离子体改性后水的接触角从122.49°逐渐降到84.5°，证明经过等离子体改性后的炭黑，亲水性得到了很大的提高，也反映了炭黑经改性后表面含有一些亲水性的官能团。

图6 未处理的炭黑和已处理的炭黑在77 K时的等温线

等离子体改性过的炭黑的SBET为153.43 m2/g，比未改性炭黑的比表面积135.79m2/g要高。从这些数据可以得到，在氧气氛围下经等离子体改性的炭黑的比表面积会升高，这可能是等离子体处理过程中在炭黑表面发生刻蚀作用而致。

结论

通过在等离子体改性炭黑表面，可以改变炭黑表面的含氧官能团的量。随着改性时间的延长含氧量也逐渐增加，通过红外测试和XPS测试可以得到改性后的炭黑表面明显有含氧量的增加。通过水接触角和在水中的分散效果也能得出等离子体对炭黑表面的改性有明显的效果。

以上成果来自于
刘晓阳. 等离子体制备与改性纳米材料及其应用[D]. 2014.

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