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第 4 期 柳丹丹，等: 硅烷偶联剂改性粉煤灰基白炭黑及其分散性能 ·593·

能是粒子的团聚沉淀、均相的表面改性溶液或有机 为 2、APTES/SiO 2 物质的量比为 1.0∶1.0 的条件下
硅缩聚物的析出。当硅烷偶联剂含量较低时，硅烷 得到的改性白炭黑粒径小，Zeta 电位的绝对值大；
偶联剂只能覆盖白炭黑粒子表面的小部分，空间位 MPTES 在 pH 为 10、MPTES/SiO 2 物质的量比为
阻作用减弱了自团聚作用，避免了粒子之间的团聚， 1.0∶1.0 的条件下得到的改性白炭黑粒径小，Zeta
平均粒径减小；随着偶联剂含量的进一步增加，表 电位的绝对值大；GPTES 在 pH 为 7、GPTES/SiO 2
面的改性剂增加，会引起多官能团的硅烷分子的团 物质的量比为 1.0∶1.0 的条件下改性白炭黑粒径
聚或交联反应，平均粒径增加 [19] 。 小，Zeta 电位的绝对值大。相比之下，MPTES 改性
后白炭黑表面有机官能团负载量最大，且 Zeta 电位
绝对值最大，为 36.43 mV，表明 MPTES 改性分散
效果最好。此外，由不同硅烷偶联剂在优化条件下
改性得到白炭黑的 SEM 图如图 9 所示。由图 9 可观
察到，未改性前白炭黑颗粒呈现明显的团聚现象，
改性后分散效果明显变好 [20] 。

表 4 APTES、MPTES、GPTES 改性效果对比
Table 4 Comparison of dispersion effect of white carbon
black modified with APTES, MPTES and GPTES
n(Silane)∶ 负载量/ 粒径/ Zeta 电位
p H
n(SiO 2) (mmol/g) nm 绝对值/mV
APTES 2 1.0∶1.0 1.51 567 25.50
MPTES 10 1.0∶1.0 2.10 557 36.43
GPTES 7 1.0∶1.0 1.12 547 19.37

图 7 不同 GPTES/SiO 2 物质的量比下改性白炭黑的 FTIR
图谱（a）和环氧负载量（b）
Fig. 7 FTIR spectra (a) and epoxy loading (b) of modified
white carbon black with various n(GPTES)∶n(SiO 2 )

a—未改性；b—APTES；c—MPTES；d—GPTES

图 9 3 种硅烷偶联剂改性白炭黑的 SEM 图
Fig. 9 SEM images of white carbon black modified with
three silane coupling agents

3 种硅烷偶联剂相比较而言，MPTES 对白炭黑
的改性效果最佳，也说明白炭黑的分散性不仅与其

图 8 GPTES/SiO 2 物质的量比对改性白炭黑粒径和 Zeta 粒径相关，也与其表面化学性质有一定关联。改性
电位的影响（pH=7） 后分散效果的提升源于硅烷偶联剂可以在白炭黑粒
Fig. 8 Effect of n(GPTES)∶n(SiO 2 ) on the particle size and 子表面形成一层吸附层，增加双电层的排斥力，降
zeta potential of modified white carbon black (pH=7)
低颗粒间的范德华引力，分散效果明显；此外，从
2.3 3 种硅烷偶联剂改性效果比较 表 4 也得知，相同的硅烷偶联剂添加量下，由于硅
表 4 为 3 种硅烷偶联剂分别在优化条件下对白 烷偶联剂中非水解基团氨基、巯基、环氧基自身对
炭黑的改性效果对比。由表 4 可知，APTES 在 pH 白炭黑粒子表面羟基的掩蔽能力不同，掩蔽能力越