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反应型有机修饰剂对环氧树脂/粘土纳米复合材料热/机械性能的影响

2024-07-10 19:06| 来源: 网络整理| 查看: 265

聚合物/粘土纳米复合材料的制备引起了广泛的关注,已成为用聚合物实现高性能化的一个新方法[1,2,3]。,在传统的聚合物基复合材料的基体与增强体之间构建一定强度的界面,是确保应力传导进而提高材料性能的关键。通常认为,只要聚合物基纳米复合材料中具有较大比表面积的纳米填料均匀分散在聚合物的基体中,就会在聚合物基体与纳米填料间形成较强的界面作用力,从而提高材料的性能。因此,前期的研究主要集中在实现粘土在聚合物基体中的均匀分散及高度剥离/插层。例如,对于环氧树脂/粘土纳米复合材料体系,选用适当的有机修饰剂改性黏土并结合各种制备工艺,如超声、球磨,特别是“粘土淤浆复合法”等[4,5,6,7],已经制备出具有无规剥离结构的环氧树脂/粘土纳米复合材料。但是,许多研究结果表明:粘土在聚合物基体中良好的分散及高度插层/剥离并不能确保纳米复合材料的性能获得显着提高[8,9,10]。聚合物基纳米复合材料界面强度的构建及其对材料力学性能的影响这一关键问题,直到近年才引起有限的关注[9,11,12]。选择适当的粘土修饰剂既是改善其在聚合物基体中分散程度的有效方法,也是构建界面作用力的主要手段。就环氧树脂/粘土纳米复合材料而言,常用的修饰剂有脂肪族或芳香族季铵盐[13,14,15]和带有羟基的季铵盐。脂肪族或芳香族季铵盐修饰剂与环氧树脂的作用力较弱,既不能形成良好的分散也不能形成较强的界面作用力,使用其制备的复合材料其力学性能往往不能提高甚至劣化;带有羟基的季铵盐[16,17,18],由于其可与环氧树脂上的羟基形成氢键,从而在环氧树脂基体与粘土之间构建一定强度的界面作用力。但是,用这类有机化粘土制备的材料其力学性能的改善也很有限。使用能参与固化反应的反应型修饰剂,可构建较强界面作用力。例如,将二元胺类化合物进行单质子化后用于改性粘土,然后使用有机修饰剂上保留的氨基参与环氧树脂固化反应,可构建较强的界面作用力[9,19]。但是二元胺的单质子化很难控制,等当量酸化方法只能得到完全质子化的产物[20]并不能保留反应基团。 因此,合成适当的能在聚合物基体与粘土片层之间构建较强界面作用力的有机修饰剂以及界面作用力对材料性能的影响,仍然是亟待解决的关键问题。此外,有机修饰剂的界面作用还依赖粘土片层在聚合物基体中的分散/剥离程度。只有粘土片层均匀分散于聚合物基体中并且高度剥离,有机修饰剂才能充分与聚合物大分子接触进而实现其界面剂的功效。



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