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【文献综述】.doc

文献综述 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 摘要：本文先是改性累脱石，得到有机累脱石，再与环氧树脂结合成有机累托石/环氧树脂纳米复合材料，研究了复合材料的制备、组成、性能，对于推广环氧树脂的应用具有一定的意义。 关键词：有机累脱石 环氧树脂 制备 流变性能 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 1累脱石的结构及性能 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，累脱石的晶层可以看成是带负电性的大分子，或结构层增大了的蒙脱石晶层。当把结构中的水分子和可交换阳离子排除之后，它能吸附各种有机分子、无机分子和气体分子[15]。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。 2粘土的有机处理 粘土因层间有大量无机离子，对有机化合物呈疏性，利用粘土层间金属离子的可交换性，以有机离子交换金属离子，使粘土有机化。粘土被有机离子处理后，与插层的有机聚合物或有机小分子化合物有了良好的亲和性，这样有机化合物就可以比较容易地插层到粘土的层间[16]。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[17][18]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 [19] 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。吕建坤等[31]研究表明，十八烷基铵盐改性蒙脱土有利于形成剥离型纳米复合材料，而用叔胺盐和季胺盐只能形成插层型纳米复合材料。 由于蒙脱土中的钠离子更容易被有机阳离子所置换，将普通蒙脱土“钠化”。将有机铵盐改性的粘土在酸性介质中水解，水中质子很难将