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1、中国地质大学(武汉)材料与化学学院纳米材料化学课程报告姓名：刘安班级：031114学号：20111002327纳米材料在酚醛树脂中的应用摘要:在酚醛树脂（PF）增韧性、耐热性研究的基础上,叙述了纳米材料在PF中的应用,介绍了纳米材料的概念、基本特性以及纳米材料改性PF的研究现状,并着重介绍了几种优秀的纳米改性方法。认为利用纳米材料改性PF是一种极具潜力的改性方法。关键词：纳米材料酚醛树脂改性复合材料0.前言酚醛树脂（PF）是酚类化合物和醛类化合物在催化剂作用下的缩聚物，是人类最早实现工业化的合成
2、树脂，迄今已有100多年的历史。酚醛树脂具有很多优异的性能,如较高的力学强度、优异的电绝缘性和良好的尺寸稳定性,以及树脂固有的性能如阻燃性、耐烧蚀性和低发烟率等。但是由于树脂分子链上含有活泼的羟基和亚甲基容易被氧化而具有较差的耐热氧老化性能，难以满足人类的使用要求。因此人们通过各种途径来改善酚醛树脂的强度、韧性、耐热性,但很难达到三者兼顾。[1]纳米材料所表现出的各种优异性能使得采用纳米材料来进一步提高酚醛树脂性能的研究有着诱人的前景,利用纳米材料的特性开展纳米材料改性碳/酚醛复合材料的研究能较
3、大幅度地提高酚醛树脂的强度、韧性、耐热性,因此国内外出现了众多添加纳米粒子改性酚醛树脂制作聚合物纳米复合材料的方法,现阶段研究得比较热、效果比较好的包括纳米碳粉、纳米碳纤维和黏土等改性方法。1.黏土改性酚醛树脂纳米复合材料从结晶学与矿物学角度来说，黏土指的是含水的层状铝硅酸盐的总称，包括高岭石、蒙脱石、蛇纹石、滑石和云母等。目前研究最多的是TOT型（2∶1）层状硅酸盐。纳米黏土/PF复合材料可分为三种类型（见图2）：①相分离型。普通型纳米黏土/PF复合材料中，黏土片层紧密堆积，分散相呈大尺寸颗粒
4、状，黏土片层之间并无聚合物。②插层型。插层型纳米黏土/PF复合材料中，黏土片层之间通常有少量聚合物分子，层间距扩大，片层之间仍有一定的有序性。③剥离型。剥离型纳米黏土/PF复合材料中，黏土片层完全被PF分子链打乱，无规则地分散在PF基体中，纳米黏土片层与聚合物实现了纳米尺度上的均匀混合。[2]1.1蒙拓土改性+2+蒙脱土属于2：1型层状硅酸盐,层间是水合的Na、Ca等无机阳离子,因此其内部的微区是亲水疏油性的,不利于有机高分子单体渗入。因此需要对蒙脱土进行有机化处理,用有机阳离子改变蒙脱土片层的
5、极性,降低蒙脱土片层的表面能,增大蒙脱土层间距,使蒙脱土由原来的亲水性变为亲油性,以增加两相的亲和性。有机改性蒙脱土在聚合物中是插层还是剥离,需要借助插层剂的作用,因而蒙脱土的有机改性是制备聚合物/蒙脱土纳米复合材料的关键。徐卫兵等[3]利用自制的有机蒙脱土,采用浇模固化成型法制备酚醛树脂/蒙脱土纳米复合材料.研究发现,热固性酚醛树脂与蒙脱土复合,可得插层型纳米复合材料;而采用热塑性酚醛树脂进行固化,则得到部分剥离的纳米复合材料.研究表明蒙脱土的加入,反应级数减小,降低固化反应对反应物质浓度依赖
6、性,固化速度下降,容许更多的酚醛树脂分子链进入层间交联固化。Koo等[24]利用几种不同类型的MMT改性PF，并以此作为耐烧蚀材料。研究结果表明：MMT/PF纳米复合材料的耐烧蚀性能显著提高，其最大侵蚀率仅为48%，而纯PF材料的最大侵蚀率为76%；复合材料烧蚀后，其两面温差比纯PF小了近100℃，说明其绝热性能优异。1.2坡缕石改性周元康等[4]使用贵州坡缕石矿物的纳米粒子，利用原位生成法对酚醛树脂进行了添加改性,利用TEM进行了在树脂中分散状态的表征。结果表明坡缕石纳米粒子通过表面修饰、超声
7、分散和机械搅拌可以获得在聚合物中较为均匀的粒子分散度。复合改性后的树脂经热分析仪作TG分析,高温耐热性得到提高。Zhuang等[5]采用超声分散、原位聚合法合成了ATP改性PF。研究结果表明：复合材料中ATP含量为1.0%时，改性树脂的耐热性能明显增强，其初始热分解温度提高了30℃，600℃时残炭率（>30%）明显高于纯PF。这是由于树脂中纳米粒子附着在碳骨架的极性节点周围，使化学键键能和耐热性明显提高；高温时ATP中硅、镁等主要成分与有机物同时受热氧化，形成蜂窝状结构的炭化硅、炭化镁绝热层，从
8、而有效阻止了热量向内部扩散，故树脂的耐热性能得以明显提高。2.碳纳米材料改性酚醛树脂复合材料碳材料最早用于改性酚醛树脂时,主要是以添加剂的形式通过向酚醛树脂中添加超细碳粉等填料的方法来提高树脂的成炭率,从而提高酚醛树脂的耐烧蚀性能,但是添加的碳粉粒径在100nm以上,没有改变材料的基本性能,只有当填料粒子减小至纳米级的某一尺寸时,材料的物性才发生突变[1]。崔健等[6]研究采用熔融共混法和原位聚合法分别制备了酚醛树脂/碳纳米管复合材料。结果表明,原位聚合法相对于本研究采用的熔融共混工艺能够较容易
