納米二氧化硅因具有較大的比表面積和存在表面羥基而具有高反應活性，在橡膠、塑料、粘合劑、涂料等領域得到廣泛應用。但納米二氧化硅的強親水性導致了其難以在有機相中潤濕和分散，限制了其納米效應的充分發(fā)揮，因此必須對其進行表面改性，改變納米二氧化硅表面的物化性質，提高其與有機分子的相容性和結合力，改善加工工藝。

    偶聯(lián)劑是目前應用最廣泛的表面改性劑。經偶聯(lián)劑處理后，納米粒子表面可與有機物產生相容性，分散性也可以得到改善。硅烷偶聯(lián)劑是最具代表性的偶聯(lián)劑，它對表面具有羥基的無機粒子最有效，非常適合納米SiO2的表面改性。硅烷偶聯(lián)劑改性納米SiO2的研究很多，但大部分研究采用偶聯(lián)劑自身先水解再與納米SiO2作用的方法。而水解反應產物會發(fā)生自縮合，這會阻礙水解產物與納米粉體表面羥基的作用，降低偶聯(lián)效能，改性效果不佳。本文中以N-甲基吡咯烷酮作溶劑，在無水體系中采用硅烷偶聯(lián)劑對納米SiO2進行改性，考察偶聯(lián)劑用量對納米SiO2粒度分布的影響．并對改性產物進行表征。

    1 實驗部分

    1.1 原料

    納米二氧化硅，平均粒徑15nm，浙江舟山明日納米材料有限公司；硅烷偶聯(lián)劑(CG-550)南京辰工有機硅材料有限公司；N-甲基吡咯烷酮，均為分析純試劑。

    1.2 實驗設備

    超聲波細胞粉碎機，JY92-Ⅱ型，寧波新芝生物科技有限公司；動態(tài)光散射粒度儀，BI200SM型，美國Brookhaven公司；傅立葉變換紅外光譜儀，5DX-FTIR型，美國Nicolet公司；透射電子顯微鏡(TEM)，JEM-100 CXⅡ型，日本電子公司。

    1.3 實驗方法

    將納米二氧化硅粉體在真空干燥箱內100℃干燥24 h。取干燥后的二氧化硅于燒杯中，加入一定量的N-甲基吡咯烷酮，在適當?shù)墓β氏鲁暦稚?0min。超聲條件下分批加入用吡咯烷酮稀釋到一定濃度的硅烷偶聯(lián)劑CG-550，后轉入四口瓶中N2氣氛反應若干小時，得到改性后的納米二氧化硅分散液。通過離心分離將改性后的二氧化硅沉淀出來，置于60℃的烘箱中烘干。

    1.4 活化率的測定

    取定量改性SiO2加入定量無水乙醇中，超聲攪拌，靜置一定時間，濾出沉淀部分，烘干、稱量，計算改性SiO2的活化率H：

    H=m0-ms/m0×100%,               (1)

    式中：m0為試樣總質量，g；ms為沉淀部分的質量，g。

    1.5表征

    不同改性條件下改性后的納米SiO2分散液的粒徑大小及其分布是采用動態(tài)光散射粒度儀進行測定的。采用傅立葉變換紅外光譜儀（溴化鉀壓片）觀察改性前后納米二氧化硅紅外譜圖的變化。采用透射電子顯微鏡觀測改性前后納米SiO2分散液樣品中粒子的粒徑大小及其分布情況。

    2 結果與討論

    2.1 改性原理

    硅烷偶聯(lián)劑水解后能與納米SiO2表面的硅羥基作用。偶聯(lián)劑一端與納米SiO2表面相連，另一端與有機基體相連，如圖1所示，因此經改性后納米SiO2粒子由原來富含羥基的親水性表面變成了含有有機官能團的親油性表面。表面有機包覆層的存在改善了納米粒子與周圍有機環(huán)境的相容性，還能夠有效阻止納米粒子相互之間的團聚，改善它的分散性。

    2.2 硅烷偶聯(lián)劑用量對納米SiO2活化率的影響

    圖2為硅烷偶聯(lián)劑用量對活化率的關系。可以看出：當硅烷偶聯(lián)劑質量分數(shù)為1%時，活化指數(shù)為58%，偶聯(lián)劑質量分數(shù)為5%時，活化指數(shù)達到90%。偶聯(lián)劑質量分數(shù)在1%-5%范圍內，隨著偶聯(lián)劑用量的增加，活化率增大：在偶聯(lián)劑質量分數(shù)大于5%以后，活化率略有降低。這是因為偶聯(lián)劑用量不足時，粉體表面包覆不完全，但偶聯(lián)劑用量過多時，偶聯(lián)劑之間易發(fā)生交聯(lián)，也影響偶聯(lián)劑與粉體之間的相互作用。因此偶聯(lián)劑用量不易過多，可以按照活化率的具體要求確定合理的偶聯(lián)劑用量。