桐油酸酐固化环氧树脂蒙脱土纳米复合材料的研究.pdf

第18卷第2期高分子材料科学与工程v。1．18．N
2002年3月POIYMERMATERIALSSCIENCEANDENGINEERINGM
．2002

桐油酸酐固化环氧树脂／蒙脱土纳米复合材料的研究

徐卫兵，鲍素萍，唐述培，何平笙
<中国科学技术大学高分子科学与工程系．安教台肥23o：)20{台肥工业大学化工学院．安赣台肥230009)

摘要：通过阳离子交牧的方法将蒙脱土进行有机化处理．使蒙脱土由素水挂变成亲油性且层间距扩走。
采用浇模目化成型法制备环氧树麝／桐油琏酐／蒙脱土蚋采复合材料．并用XRD、DMTA等手段研究有
机蒙脱土在环氧树脂中的剥离行为。研究发现．加入桐油酸酐固化剂后，粘土被剥爵而得到刺离型的蚺
末复合材料，而且工艺每件的变化并不明显陡变刺爵的效果。DMTA酬试表明桐油琏酐固化的环氧树
脂的玻璃化转变温度随着粘土的加入而降低。

关键词：囊脱土：环氧树脂；桐油酸酐；剥离；玻璃化转变；储能模量
中圈分类号：TB383文献标识码A文章编号；1000—7555(2002)02—0183—04

纳米材料是指一些超微单元组成的材料，复合材料，重点研究固化时，分子链层外固化速
这些超微单元至少有一维的平均尺寸在i00度和分子链向层间迁移速度对层内和层外固化
nm以下，其中纳米聚合物复合材料指分散相的影响，并对固化产物进行动态力学热分析，观
的尺寸至少有一维在纳米级，即小于1O0nm察其玻璃化转变温度及储能模量的变化。
范围内的聚合物复合材料。采用聚合物嵌入
层状硅酸盐(PIS)形成纳米复合材料的方法越1实验部分
1．1原料
来越受到重视。根据粘土在高聚物中的分布情
钠基蒙脱土：离子交换容量约为l00
况，可分成3种类型的复合材料，a)在普通的
retool／100g，浙江临安市青山化工助剂厂提
微粒填充聚合物中，聚合物进入蒙脱土颗粒，但
无插层进入硅酸盐片层中，它比相容性差的聚供；双酚A型环氧树脂(E一51)：环氧值为0．49

～
合物分散更均匀，相容性较好，但还不是插层复0．54．上海树脂厂提供÷桐油酸酐(T0A)：外
合物；b)插层型纳米复合材料内，聚合物不仅观为黄色粘稠状液体，合肥宝丰化工有限责任
进入蒙脱土颗粒．而且插层进入硅酸盐片层间．公司提供；三(二甲氨基甲基苯酚)(DMP一30)：
蒙脱土的片层问距明显扩大，但还保留原来的外观为黄色低粘度液体，皂味．工业级，合肥宝
方向，片层仍然具有一定的有序性；c)在剥离型丰化工有限责任公司提供；十六烷基三甲基溴
化铵：分子式为C。HBrN，分析纯，新华活性
复合材料中，蒙脱土的硅酸盐片层完全被聚合
物打乱，无规分散在聚合物基体中的是一片一材料研究所(常州)提供。
片的硅酸盐片层，此时蒙脱土片层与聚合物可1．2蒙脱土的有机化处理
在室温下，将一定量的钠基蒙脱土加入到
以无限制地混合均匀。Pennavaia等【3一认为粘
装有蒸馏承的三口烧瓶中，缓慢搅拌，呈悬浮
土与环氧树脂混合．用间苯二胺固化时．存在层
内固化和层外固化，当层内和层外固化速度相液，再将铵盐清加到蒙脱土的悬浮液中(按每
i00g土中加入3Og十六烷基三甲基滇化胺的
当时，粘土发生剥离，并研究了固化温度对层外
和层内固化的影响。本文首次报道用一种高温比例)，然后恒温90℃搅拌2h，将处理物抽滤
固化剂(桐油酸酐)制备蒙脱土／环氧树脂纳米

收稿日期：2000·07—24
基盒项目；安教省自特科学基金资助项目
作者简介；棘卫兵(1965一)．畀，博士．教授

高分子材料科学与工程

数次，加水洗涤，直至用1AgNOa滴加上层固化产物是普通的微粒填充物，还是插层型或
清液，无淡黄色沉淀为止。将所得絮状沉淀转移剥离型的复台材料，
到烧杯中，烘干．烘箱温度不宜过高，以防季铵用X射线衍射对未有机化蒙脱土进行测
盐分解，烘干至恒量后研磨为粉末，过300目试(如Fig．1b)，在衍射角20=9。的位置出现
筛，得到有机蒙脱土(16-Mont)。(001)面衍射峰，根据Bragg方程2dsin0一nA
1．3环氧树脂／蒙脱土纳米复合材料的制备(此处d是硅酸盐片层之间的平均距离，0为半
直接混台固化工艺：按一定比例称取环氧衍射角，为人射X射线波长)．可以推算出无
树脂、有机蒙脱土及固化剂和固化促进剂混台机蒙脱土硅酸盐片层之间(7"／一1)的距离约为
均匀后，浇注于聚四氟乙烯模具中，真空脱气后0．98nll。
固化成型。浇注而成的环氧树脂呈薄条状，其薄为了使亲水性蒙脱土转变为亲油性蒙脱
条尺寸约为60mm×10mm×2mm。样条可以土．便于环氧树脂分子链进入硅酸盐片层间，可
根据测试手段的需要制成所需尺寸大小的试用十六烷基三甲基溴化铵来处理蒙脱土。因为

样。十六烷基三甲基链较大．能撑大层间距，并能使