环氧树脂粘土纳米复合材料的制备及性能

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1、摘要本文在对胺类固化剂—插层剂体系分析的基础上，选定叔胺类固化剂—Bronsted酸类插层剂体系，制得了环氧树脂/粘土纳米复合材料，复合材料的XRD分析表明粘土在环氧树脂中已经剥离。结合有关研究成果，得出以下结论：在其他条件合适的情况下，只要插层剂为Bronsted酸类或者固化剂为叔胺类，就能得到剥离型的环氧树脂/粘土纳米复合材料。通过采用不同的反应时间来控制粘土的阳离子交换率，进而控制插入粘土片层的有机阳离子量，最后得到剥离型的环氧树脂/粘土纳米复合材料。通过选取不同的插层剂，来研究它对环氧树脂/粘土纳米复合材料性能的影响。选取NH2(CH2)1

2、0NH3Cl与CH3(CH2)11NH3Cl对粘土进行有机化。用制得的有机土分别与环氧树脂制备成环氧树脂/粘土纳米复合材料。然后进行力学性能及热学性能的测试。结果表明，NH2(CH2)10NH3Cl处理的有机土比CH3(CH2)11NH3Cl处理的有机土更能改善材料性能。这主要是因为NH2(CH2)10NH3Cl带有可以与环氧基发生反应的官能团。另外，还用非等温DSC法对上述体系的反应动力学参数进行了研究。对于体系的插层剂为NH2(CH2)10NH3Cl与CH3(CH2)11NH3Cl及纯环氧树脂来说，得到其固化反应活化能分别为46.6kJ/mol

3、、60kJ/mol、41.5kJ/mol，反应级数为0.88、0.9、0.86，固化温度分别为95.15℃、113℃、93℃。关键词:环氧树脂；粘土；纳米复合材料；插层剂；剥离；动力学ABSTRACTInthispaper,thesystemoftertiaryaminecuringagent—Bronstedacidswellingagenthasbeenchooesdafterthesystemofaminecuringagent—swellingagentwasanalyzed,andtheepoxy/claynanocompositehas

4、beenprepared.TheXRDanalyseofnanocompositeshowedthatclaywasexfoliatedinepoxyresin.TheconclusionhasbeenputforwardthatifotherexperimentalconditionsarerightandswellingagentisBronstedacidorcuringagentistertiaryamine,exfoliatedepoxy/claynanocompositemaybegained.Whentheyaremezzo,thec

5、laycanexfoliateinepoxy.Ifthecapacityofexchangecation(CEC)isbiggerorsmaller,thetimecanbecontrolledtochangetheratioofcationexchange,whichmakethecationcapacitybemezzoinclay.Atlastexfoliatedepoxy/claynanocompositemaybegained.Theinfluenceofdiffferentkindsofswellingagentsontheproper

6、tiesofepoxy/claynanocompositewerestudied.NH2(CH2)10NH3ClandCH3(CH2)11NH3Clwerechoosedtomodifyclay,andepoxy/claynanocompositeusingorganoclayandepoxyresinwasprepared.Thenit`smechanicalandthermalpropertiesweretested.TheresultsshowedorganoclaymodifiedbyNH2(CH2)10NH3Climprovedthema

7、terial`spropertiesmorethanthatmodifiedbyCH3(CH2)11NH3Cl.ThekineticparametersofthesethreesystemswerediscussedbyDSC.ForpureepoxyandthesystemswhoseswellingagentsareNH2(CH2)10NH3ClandCH3(CH2)11NH3Clrespectively,activationenergyare46.6kJ/mol,60kJ/moland41.5kJ/mol.Thereactionorderar

8、e0.88、0.9and0.86respectively.Thecuringtemperatureare95℃、113℃a