有机累托石环氧树脂TOA复合材料固化机理及流变性能研究【开题报告+文献综述+毕业论文】.Doc

有机累托石/环氧树脂/TOA复合体系固化机理及流变性能研究 PAGE 22 PAGE 21 本科毕业设计 开题报告 化学 有机累托石/环氧树脂/TOA复合体系固化机理及流变性能研究 一：选题的背景与意义 凡分子结构中含有环氧基团的高分子化合物统称为环氧树脂，固化后的环氧树脂具有良好的物理化学性能，它对金属和非金属材料的表面具有优异的粘结强度，介电性能良好，变定收缩率小，是当前市场上应用较为广泛的热固性树脂之一，被广泛用于机械、电子电气、航空航天、化工、交通运输、土木建筑等领域[12][13][14]，但是由于其固化物脆性大、冲击性能差，易开裂和耐湿热性能不足[14] ，限制了环氧树脂的进一步推广。 累托石，是一种罕见的规则层状铝硅酸盐矿物。它由二八面体云母和二八面体蒙脱石按1∶1 间层排列组成 [4][5]。这种独特的结构使其既有类似蒙脱石的阳离子交换性、分散性、吸水膨胀性、悬浮性和胶体性能，又有类似云母的热稳定性、耐高温性[6][7]。累托石具有很高的热稳定性，初始层间距更大，更有利于进行有机改性和聚合物插层，层间电荷较低，片层间结合力小，也更易于分散、插层和剥离。因此，研究以累托石为改性剂制备聚合物/粘土纳米复合材料，无论是在理论研究，还是实际应用中都具有非常重要的意义。 聚合物/粘土纳米复合材料（PCN）是指聚合物为基体，层状硅酸盐粘土以纳米尺度均匀分散于聚合物基体中的新型聚合物纳米复合材料。这种材料真正实现了无机相在有机基体中的纳米级分散、有机与无机相界面强的结合，能够将无机粘土的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与聚合物的韧性、可加工性及介电性完美地结合起来[1]，因而具有传统的聚合物/无机填料无法比拟的优点[1][2]。层状硅酸盐粘土在我国有丰富的资源，价格低廉。且粘土粒子在与单体聚合或聚合物熔体混合的过程中剥离成纳米尺寸的结构片层，能均匀分散到聚合物基体中[3]。关于粘土的有机改性剂报道最早和较多的是烷基铵盐和季铵盐。Lan等[9][10]考察了一系列有机土在环氧树脂中的插层情况，发现蒙脱土经过环氧插层后所能达到的层间距与蒙脱土中的有机阳离子的链长有关，与有机土的原层间距无关。有机铵盐链长越长，插层后的间距越大。X. Kornmann等 [11] 发现，粘土的离子交换量影响纳米复合材料的结构。在较低的CEC下，在环氧树脂与蒙脱土混合而环氧树脂没有固化前，蒙脱土片层已经剥离；在较高的CEC下，蒙脱土片层在这个阶段不能剥离。 聚合物/粘土纳米复合材料是一种新型的高科技材料，可广泛应用于食品包装、罐装容器、电子器件封装、汽车塑料、航天航空材料、生物医药材料等行业。由于其诸多优点，已成为学术界和工业界研究的热点。 二：研究的基本内容与拟解决的问题 基本内容： 1：有机累脱石制备：有机离子与累托石层间域的水合阳离子进行交换，可生成亲油性的有机累托石； 2：有机累脱石/环氧树脂复合材料制备：不同百分含量的有机累脱石与环氧树脂混合，制备复合材料； 3：性能表征：通过红外光谱、X-射线衍射、透射电镜、热失重分析等对有机累脱石、有机累脱石/环氧树脂复合材料进行性能表征 拟解决的主要问题 1：获得良好的改性有机累脱石是实验的第一步，直接影响到复合材料的性能。通过对离子液体改性剂进行结构设计，选择热稳定性较高的改性剂，优化工艺条件，为后续实验顺利进行打下基础。 2：有机累托石中的-OH基团和环氧树脂基体的良好反应，对研究成果有一定的影响 三：研究的方法与技术路线 1、制备有机累脱石： 将纯度为70%以上的累托石粘土加入到适量的蒸馏水中搅拌分散配制成一定浓度的泥浆。然后加热至60℃。将预先配制好的有机试剂溶液缓慢加入并不断搅拌（加入量按改性剂/累托石配比为1：1.5），恒温反应4h。静置冷却，抽滤，洗涤至用0.1mol/l AgNO3溶液检验无Br-为止。80℃真空干燥10h，研磨过筛，即得有机累托石产物。再通过红外光谱、X-射线衍射分析、透射电镜分析来取得改性效果好的有机累脱石。 优化工艺条件 优化工艺条件 有机累托石 改性剂 分散制浆 Na基累托石 有机改性 抽滤洗涤 烘 干 研 磨 图1 溶液法制备有机累托石流程图 2、制备有机累脱石/环氧树脂复合材料及性能表征 拟环氧树脂与有机粘土混合浸润，环氧树脂分子进入到有机累托石片层间，使其层间距扩大。然后固化剂进入到累托石片层间，发生交联放热反应，克服粘土片层间的范德华力，使其剥离成单片结构均匀分散在环氧树脂的基体中。图2为复合材料实验原理 环氧树脂改性累托石石 环氧树脂 改性累托石石 + + 混合 混合 固化 固化 图2 通过XRD较系统研究各种条件下复合材料的插层或剥离情况，结合透射电镜观察粘土在橡胶中的分散状态和微观结构，扫描电镜观察复合材料的拉伸断面进