2.3 硅烷偶聯(lián)劑用量對(duì)納米SiO2粒徑分布的影響

    納米SiO2以兩種形式存在，即單分散性的一次粒子和團(tuán)聚的二次粒子。一次粒子處于激發(fā)態(tài)，存在極高的反應(yīng)活力，二次粒子處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。由于SiO2納米粒子表面具有大量的羥基，表面結(jié)合能高，易于團(tuán)聚，因此制備納米改性復(fù)合材料時(shí)，需要對(duì)SiO2納米粒子的表面進(jìn)行處理，使其處于一次粒子狀態(tài)。圖3是未改性SiO2粒子在乙醇介質(zhì)中的動(dòng)態(tài)光散射粒徑分布。從圖中可以看出：改性前SiO2粒度分布以團(tuán)聚體形式存在，大的團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)粒徑達(dá)到了4000nm以上。

    圖4是改性后納米SiO2粒度分布圖。從圖中可以看出：改性后能使團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)（二次聚集體結(jié)構(gòu)）部分或完全解團(tuán)聚。當(dāng)硅烷偶聯(lián)劑用量逐步增加時(shí)，團(tuán)聚體尺寸明顯減小，粒子粒度分布在圖中出現(xiàn)了明顯的變化：粒子結(jié)構(gòu)出現(xiàn)兩種尺寸范圍，其中之一就是單分散結(jié)構(gòu)，另外一種為團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)。w(CG-550)=1%時(shí)，改性的SiO2團(tuán)聚體的兩個(gè)范圍的尺寸都較未改性前有了明顯的變化：相對(duì)強(qiáng)度在100處粒徑大小由312nm減小到133nm．而粒徑較大的團(tuán)聚體相對(duì)強(qiáng)度由未改性前的10減小至4。隨著偶聯(lián)劑用量增加時(shí)，改性后的SiO2更是同時(shí)出現(xiàn)了兩種結(jié)構(gòu)，一是一次單分散結(jié)構(gòu)：w(CG-550)=3%時(shí)，改性后的粒子相對(duì)強(qiáng)度在51.19處粒徑尺寸為55nm，w（CG-550）=5%時(shí)，改性后的粒子強(qiáng)度在65.13處粒徑尺寸為41nm；二是團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)，粒徑都有所減少，大的團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)已消失。繼續(xù)增加改性劑用量(w(CG-550)=10%），發(fā)現(xiàn)粒子尺寸反倒有所增加，出現(xiàn)大的團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)。這是由于隨著硅烷偶聯(lián)劑用量的增加，多余的硅烷偶聯(lián)劑生成的低聚物的架橋作用，使顆粒之間產(chǎn)生團(tuán)聚，致使粒徑發(fā)生突變。當(dāng)偶聯(lián)劑超過一定加入量時(shí)，還會(huì)影響納米SiO2的分散穩(wěn)定性，使體系凝聚。

    2.4 改性前后納米SiO2粒子的紅外光譜

    圖5為硅烷偶聯(lián)劑改性前、后納米SiO2的紅外光譜圖。對(duì)比兩條曲線可以看出：改性后SiO2的紅外光譜圖峰形發(fā)生了顯著改變。改性后SiO2譜線上．3470cm-1處的寬峰為硅醇基與表面吸附氫鍵締合的振動(dòng)峰。改性后此處峰明顯減弱，說明大部分SiO2已和硅烷偶聯(lián)劑發(fā)生縮合反應(yīng)。改性后的SiO2在2920、2851cm-1處出現(xiàn)新峰，是接枝上的偶聯(lián)劑上所帶的甲基和亞甲基的反對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收帶相互重疊的結(jié)果。1496cm-1處的峰為甲基反對(duì)稱彎曲振動(dòng)和亞甲基的對(duì)稱彎曲振動(dòng)的結(jié)果，1219cm-1處的新峰為偶聯(lián)劑帶入的酯基產(chǎn)生的振動(dòng)峰，1101cm-1處為Si-O-Si鍵的橫向和縱向?qū)ΨQ收縮振動(dòng)峰，804cm-1為Si-O-Si的對(duì)稱收縮振動(dòng)峰，473cm-1為Si-O-Si的彎曲振動(dòng)峰。

    2.5 形貌分析

    未改性納米SiO2為白色粉末，原生粒徑很小，平均粒徑只有15nm左右，其比表面積非常大(＞600m2/g)，表面存在大量的不飽和殘鍵及不同鍵合狀態(tài)的羥基。將未改性納米SiO2，硅烷偶聯(lián)劑改性后的納米SiO2分別在無水乙醇中超聲波分散10min后，在透射電鏡下觀察顆粒形貌，結(jié)果如圖6所示?？梢钥闯觯何唇?jīng)改性時(shí)的納米SiO2團(tuán)聚成密集的塊狀，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了納米級(jí)。而經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑改性后的納米SiO2的分散性有了很大的改善，團(tuán)聚在一起的二氧化硅顆粒大部分分散成納米級(jí)粒子。

    3 結(jié)論

    利用硅烷偶聯(lián)劑對(duì)納米SiO2進(jìn)行改性，從電鏡分析、紅外分析以及動(dòng)態(tài)光散射粒度分析的結(jié)果可以看出，硅烷偶聯(lián)劑能對(duì)納米SiO2進(jìn)行有效改性，未改性納米SiO2顆粒之間以團(tuán)聚體形式存在，經(jīng)改性后，團(tuán)聚在一起的二氧化硅顆粒大部分分散成納米級(jí)粒子。