环氧树脂粘土纳米复合材料的制备与表征

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1、环氧树脂/粘土纳米复合材料的制备与表征王立新　张福强　王　新　蹇锡高　　摘要　首先用已二胺对粘土(Na-基膨润土)通过离子交换反应进行改性，然后将改性后的粘土与双酚A型环氧树脂在DMF中搅拌混合，脱除溶剂后热模浇铸，制备出环氧树脂/粘土纳米复合材料，利用元素分析、红外光谱、X光衍射、透射电镜等手段表征了材料的结构和性能.　　关键词　环氧树脂，粘土，离子交换，纳米复合材料　　中图法分类号　O633.13　O631PreparationandCharacterizationofEpoxy/ClayNanocompositeWangLixin　ZhangFuqiang

2、　WangXin　JianXigao　　Abstract　Na-montmorillonitewasmodifiedbyion-exchangedusinghexamethylene-diamine,andthemodifiedclayandepoxywasstirredinDMF,afterthesolventwasevaporated,theepoxy/claynanocompositeswerepreparedbycastinginheating.Alsothestrctureandpropertiesofcompositeswerecharacteriz

3、edbyelementalmicroanalysis,infraredspectroscopy,XRD,TEMandsoon.　　Keywords　Epoxy,Clay,Ion-exchanged,Nanocomposite0　引　言　　粘土与有机化合物的反应早在30年代就有研究［1］，人们利用粘土的阳离子交换性质，使粘土与长链季铵盐发生反应，使亲水性的粘土转变为具有亲油性使之可以稳定的分散于油相中，因而可以作为油墨、油漆的流变剂.另外，在高分子领域，它还可以作为一种优良的改性剂，即进行了离子交换的粘土，改善了其与有机物的相容性又由于它的可分散性(即可达到纳米级

4、的微粒)，使之能与高聚物复合较充分，从而提高高聚物的多种性能.　　纳米材料概念确立于八十年代中期.其中研究较广的是纳米陶瓷材料和纳米金属材料，而对无机/有机体系纳米复合材料的研究较少，最典型的例子是尼龙6/粘土混合体系［2］.利用粘土增强环氧树脂性能的文章目前国内刊物上还未见报道.在国际上，也只有最近几年的一些文献上见到［3～4］.T.J.Pinnavaia等人从90年开始，已经做了卓有成效的工作［5～6］.　　本文选用国产的E-51环氧树脂与河南产的膨润粘土进行复合，提高材料的耐热性和机械强度.1　实验部分1.1　主要原料　　低分子量双酚A型环氧树脂(E-51

5、)，岳阳化工厂产品；膨润粘土，河南信阳产品；已二胺，沈阳市试剂三厂产品；N，N-二甲基甲酰胺(DMF).天津市化学试剂研究所产品；低分子量聚酰胺树脂(203)，天津市中河化学有限公司产品.1.2　主要设备　　LG10-2.4A型高速离心机，北京医用离心机厂；DZG-403型电热鼓风干燥箱，天津市天宇技术实业有限公司；DL110A型马丁耐热实验箱，上海试验设备厂；NHY型冲击试验机，河北承德材料试验机厂；MT3型元素分析仪，日本柳本公司；DMAX-RC型X-ray衍射仪，德国进口；H-800型透射电镜，日本日立公司；FTIR-683型红外光谱仪，PERKIN　EL

6、MER公司.1.3　复合材料的制备1.3.1　粘土的离子交换　　将250ml蒸馏水，50ml0.1MHCI,5mmol已二胺(0.58g)加到500ml三口瓶中，搅拌升温至60℃时加入5g经300目筛分的粘土，保持60℃搅拌3h，然后将所得到的混浊液高速离心分离(5000rpm)，再用蒸馏水洗涤，反复数次直至分离液中不含Cl-1(加入AgNO3不产生沉淀)，最后将分离物在常温下真空干燥.1.3.2复合材料的制备　　称取一定重量的E-51加到250ml三口瓶中，再按比例加入已二胺处理土，加入溶剂DMF，搅拌均匀，升温至80℃，保温搅拌2h，然后抽真空，搅拌下加热脱

7、除溶剂DMF，温度控制在156℃以下，往脱除溶剂的液体中(室温下)加入约50%(质量分数)的203，搅拌下真空脱泡约20min，热模浇铸，在150℃下固化4～5h.1.4　表征与测试1.4.1　粘土的离子交换量　　采用C、H、N元素分析确定处理土中已二胺的含量.(a)处理前　(b)处理后图1已二胺处理前后粘土的红外光谱1.4.2　红外光谱分析　　确定处理土中的有机成分已二胺.1.4.3　处理土的晶体衍射分析　　样品：原始土、胺处理土　　条件：铜靶，λ=1.542，50kv，180mA，扫描速率1°/min.1.4.4　复合材料的微观形貌分析　　样品及制法：复合材

8、料，用液氮冷冻后，超薄切