納米粉體的表面改性，主要是依靠改性劑(或處理劑)在納米粉體表面的吸附、反應(yīng)包覆或成膜等來實現(xiàn)的。因此，表面改性劑的種類及性質(zhì)對粉體表面改性或表面處理的效果具有決定性的作用。
納米粉體的表面處理往往都有其特定的應(yīng)用背景或應(yīng)用領(lǐng)域，因此，選用表面改性劑必須考慮被處理物料的應(yīng)用對象。例如，用于高聚物復(fù)合材料、塑料及橡膠中的無機物填料的表面處理時，所選用的表面改性劑既要能夠與納米微粒表面吸附或反應(yīng)、覆蓋于表面，又要與有機高聚物有較強的化學(xué)鍵合作用或分子鏈極性相近。從分子結(jié)構(gòu)上看，用于納米微粒表面改性的改性劑，應(yīng)該是一種具有以下性能之一的化合物：①能在納米微粒表面吸附；②能與納米微粒表面的官能團結(jié)合，③與有機高聚物相容性好并具有結(jié)合能力。由予粉體表面改性涉及的應(yīng)用領(lǐng)域很多，可用做表面改性劑的物質(zhì)也很多，但不外乎水性或油性兩類。在此主要介紹塑料、橡膠、膠黏劑等高分子材料及涂料中應(yīng)用無機納米粉體時所采用的表面活性劑和藥品(緩釋)膠囊所用的表面活性劑。
一、選擇的原則
①在一定條件下，盡量選用能提高粒子間能量勢壘的分散劑，增大粒子間的斥力，使粒子充分分散。
②對于氧化物和氫氧化物及含有氧化基團的物料，在選用分散劑時，應(yīng)注意體系pH值對物料分散性的影響，根據(jù)pH值的范圍來確定合適的分散劑。
③在粒子勢壘能量很低的情況下，應(yīng)考慮使用高分子分散劑或非離子型分散劑，利用位阻效應(yīng)，實現(xiàn)物料的均勻分散。
④應(yīng)盡量選用用量小、分散性能高的分散劑，這樣既減少了分散劑對分散產(chǎn)品的污染，又減少了后續(xù)處理量。
⑤當(dāng)單一分散劑無法達到理想的分散效果時，可采用復(fù)配分散劑來實現(xiàn)。
二、選用的表面活性劑類型
1．偶聯(lián)劑型表面活性劑
偶聯(lián)劑是具有兩性結(jié)構(gòu)的化合物，按其化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為硅烷類、鈦酸酯類、鋯鋁酸鹽及配合物等幾種。其分子中的一部分基團可與粉體表面的各種官能團反應(yīng)，形成強有力的化學(xué)鍵；另一部分基團則可與有機高聚物發(fā)生某些化學(xué)反應(yīng)或物理纏結(jié)，從而將兩種性質(zhì)差異很大的材料牢固地結(jié)合起來，使納米微粒和有機高聚物分子之間產(chǎn)生具有特殊功能的“分子橋”。
偶聯(lián)劑適用于各種不同的有機高暴物和納米微粒的復(fù)合材料體系。用偶聯(lián)劑進行表面處理后的納米微粒．抑制了體系“相”的分離，增大了填充量，并可較好地保持分散均勻，從而改善了制品的綜合性能，特別是拉伸強度、沖擊強度、柔韌性和撓曲強度等。高分子有機硅又稱硅油或硅表面活性劑，是以硅氧鍵鏈為骨架，硅原子上存在有機基團的一類聚合物。其無機骨架有很高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和使有機側(cè)基呈低表面取向的柔曲性。覆蓋于骨架外的有機基團則決定了其分子的表面活性和其他功能。絕大多數(shù)有機硅都有低表面能的側(cè)基，特別是烷烴基中表面能最低的甲基。有機硅除了用做無機納米粉體的表面改性劑外，還因其化學(xué)穩(wěn)定性、透過性、不與藥物發(fā)生反應(yīng)和良好的生物相容性而成為最早用于藥物包膜的高分子材料。
2．離子型表面活性劑
表面活性劑可分為陰離子型、陽離子型和非離子型等。高級脂肪酸及其鹽、醇類、胺類及酯類等表面活性劑也是主要的表面改性(處理)劑之一。其分子的一端為長鏈烷基，結(jié)構(gòu)與聚合物分子結(jié)構(gòu)相近，特別是與聚烯烴分子結(jié)構(gòu)近似，因而和聚烯烴等有機物有一定的相容性。分子的另一端為羧基、醚基、氨基等極性基團，可與納米微粒粒子表面發(fā)生物理化學(xué)吸附或化學(xué)反應(yīng)，覆蓋于填料粒子表面。因此，用高級脂肪酸及其鹽等表面活性劑處理納米微粒類似于偶聯(lián)劑的作用，可提高納米微粒與聚合物分子的親和性，改善制品的綜合性能。
3．不飽和有機酸
帶有雙鍵的不飽和有機酸對含有堿金屬離子的納米微粒進行表面處理，效果較好。不飽和有機酸由于價格便宜，來源廣泛，處理效果好，是一種新型的表面處理劑。
4．高分子表面活性劑
有機聚合物與有機高聚物的基質(zhì)具有相同或相似的分子結(jié)構(gòu)，如聚丙烯和聚乙烯蠟，用做納米微粒的表面改性劑，在聚烯烴類復(fù)合材料中得到廣泛應(yīng)用。
超分散劑是一種新型的聚合物分散助劑，主要用于提高納米微粒在油性介質(zhì)，如油墨、涂料、陶瓷原料及塑料等中的分散度。超分散劑的相對分子質(zhì)量一般在2000到幾萬之間，其分子結(jié)構(gòu)一般含有性能不同的兩個部分，其中一部分為錨固基團，可通過離子對、氫鍵、范德瓦爾斯引力等作用以單點或多點的形式緊密地結(jié)合在顆粒表面上，另一部分具有一定長度的聚合物鏈。當(dāng)吸附或覆蓋了超分散劑的顆粒相互靠近時，由于溶劑化鏈的空間障礙而使顆粒相互彈開，從而實現(xiàn)顆粒在油性介質(zhì)中的分散和穩(wěn)定。
丙烯酸樹脂是甲基丙烯酸共聚物和甲基丙烯酸酯共聚物的統(tǒng)稱。它無生理毒性，物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；能形成堅韌連續(xù)的薄膜，且包膜后的劑型對光、熱、濕度穩(wěn)定；易于服用，無味、無臭、無色，與主藥無相互作用；滲透性和溶解性好，且包膜過程不易黏結(jié)。因此，丙烯酸樹脂常用做藥品的包膜材料。
5．金屬表面活性劑
早期無機類納米粉體(如氧化鐵紅、鐵黑、鐵黃)的表面改性通常采用高級脂肪酸及其鹽。最常見的是硬脂酸及硬脂酸鹽，硬脂酸鋅是最典型的一種表面改性劑。因為這類物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)中，一端為長鏈烷基(C-CH3)，另一端是羧基及其金屬鹽，它們可與無機納米粉體的表面官能團發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。其作用機理與偶聯(lián)劑十分相似。
近年來，有機金屬鹽對納米微粒表面修飾和改性的研究也有新的進展，例如，不同金屬有機鹽在納米微粒表面的吸附量的研究，有機金屬表面活性劑在納米微粒制備中表面活性劑使用量對納米微粒表面活性的影響，不同有機鏈長對表面活性劑CMC的影響以及對所合成納米微粒粒徑和粒徑分布的影響等。
