新环氧树脂纳米复合材料的合成和结构研究.pdf

23卷8期结构化学(JIEGOUHUAXUE)VO1．23．No．8
2Oo4．8ChineseJ．Struct．Chem．957～96l

新环氧树脂纳米复合材料的合成和结构研究①

聂国朝吴艳华解孝林。②
(武汉大学，化学与分子科学学院，湖北，武汉430072)
(襄樊职业技术学院，湖北，襄樊441021)
。(华中科技大学化学系，武汉430074)

以具有层状硅酸盐结构的累托石(REC)为主体，以烷基季铵盐为改性剂合成了有机累托
石(OREC)，以有机累托石和环氧树脂复合，制备出纳米复合材料。累托石含量在0．8wt．％
时，纳米复合材料具有最佳力学和热学性能，冲击强度增加到65．6kJ．m-。，断裂伸长率从
4．7％增加到20．2％，玻璃化转变温度提高到197．9oc。用x一小角衍射法、透射电镜和红
外吸收光谱研究了材料的微观结构，XRD衍射图显示，未经处理REC的层间距d0oJ=2．
2nm，经有机改性后，累托石片层间距扩大到2．8nm，与环氧树脂复合后，其层间距扩大
到4．2nm左右，Fr一图显示，有机累托石中出现十六胺的特征吸收峰，TEM照片显示
该复合材料是一种纳米复合材料。
关键词：纳米复合材料，环氧树脂，累托石，插层与剥离

环氧树脂是一类多品种通用产品。广泛应云母层(Na，Ca，K)2(Ah)[Si6A12]sO2o(OH)4
用于涂料、塑料工业和电气、封装、胶粘剂及蒙脱石层(Eo．66)(A1M[SiAI]802o(OH)4，lH2O
复合材料等方面。但其韧性差、耐热性不足仍(湖北钟祥)。
是当今环氧树脂改性的重要目标和热门研究课累托石层间的阳离子可被其它无机或有机
题。近年来人们尝试用层状硅酸盐特别是蒙脱阳离子置换，当被有机阳离子置换后得到有机累
石对环氧树脂进行改性[1】，也有的研究了有机托石(OREC)。本文用有机铵盐作插层剂使得累托
沸石／环氧树脂纳米复合材料[4】。为了研究复合石层间距扩大为2．8nm左右。然后用这种有机累
材料机理以及找到最佳固化工艺人们对不同的托石和环氧树脂复合得到性能优异的插层、剥离
环氧树脂、固化剂、助剂、固化条件进行了深混合型纳米复合材料，为了确定性能最佳时所对
入探讨【5嵋】。累托石(REC)是晶体结构特殊的铝应累托石的含量范围，本文制备了累托石含量为
硅酸盐矿物，1981年国际矿物学会新矿物和矿0．5—10Wt．％的材料。并用x射线衍射、透射电镜
物命名委员会将其定义为“由二八面体云母和和红外吸收光谱研究了它的微结构。
二八面体蒙脱石组成的l：l规则间层矿物”【们。
它由云母单元层和蒙脱石单元层在特殊自然条1实验方法
件下有规则地交替堆积而成，其结构示意见图

1。1．1累托石的有机化
参考献方法[10'⋯，用所需量的REC(纯度大于
90％，湖北钟祥杨榨累托石矿)放入适量的蒸馏水
中，高速搅拌，使REC充分分散，将分散后的REC
倒入2000mL三口瓶，搅拌升温至40-~50。C，滴
加所需量的有机处理剂，再搅拌升温至80"~90
(-)羹臆石蔫(b)景托石
图l蒙托石和累托石的结构示意图。C，在此温度下搅拌反应5h，自然冷却到20-~25
Fig．1．Structuralillustrationof。C，抽滤水洗数次得OREC滤饼。将oREC滤饼

2003．10-08收到：2004-01．15接受
①国家自然科学金(50o030o5)和湖北省科技h‘科技资助项目(024660404)
②通讯联系人：解孝林，男。博l：，教授。研究方向：高分子化学与物理。E-mail：[e-mail]

958聂国朝等：新环氧树脂纳米复合材料的合成和结构研究No．8

在烘箱中于9O。C下干燥8h，研磨过筛备用。石的A1一OH的伸缩振动(3643cm)在C和d中
1．2纳米复合材料的制备已消失，说明一OH基团已和基体发生了化学反
将有机累托石和环氧树脂E-44(6101)加入反应。由于累托石表面有很多一OH，自然会形成新
应器中，加热降低环氧树脂的粘度，加入501一环的局部网络或众多的界面层。
氧丙烷丁基醚活性稀释剂，搅拌一定时间后，按
照100：80的比例加入H_4环氧树脂固化剂(聚酰
胺树脂650}}，分子量为600l000。胺值为200±20)
和少量的促进剂，保持真空搅拌均匀，再倒入模
具内反应成材。固化温度分别为常温和8O。C，常
温下固化时间为3d；在8O。C固化时间为4h。固
化后进行透射电镜观察和x衍射观测。
1．3测试
采用简支梁MZ-2054(江苏江都明珠试验机械
厂冲击实验机)，根据GB2571-8l标准测试材料冲
击性能。采用MZ-2000C(江苏江都明珠试验机械图2．红外吸收光谱
厂拉伸实验机)，根据GB2568—