新方法制备高度无规剥离结构环氧树脂/粘土纳米复合材料及其剥离机理研究

通过层状硅酸盐对聚合物进行改性，制备聚合物基纳米复合材料，进而实现通用聚合物的高性能化的关键是如何使层状硅酸盐以"高度无规剥离"的形式分散在聚合物基体中，这一问题已经成为制约这种聚合物基纳米复合材料发展的瓶颈。本项目将以环氧树脂/粘土纳米复合材料体系为研究对象，突破常规的制备工艺，探索创立一种能够获得高度、无规剥离结构聚合物/粘土纳米复合材料的全新制备方法。拟选用一系列带有特殊官能团的分子结构不同的有机化合物作为粘土有机修饰剂，采用我们发明的"湿粘土直接加入法"来制备环氧树脂/粘土纳米复合材料。深入研究有机修饰剂的分子结构、官能团性质对所形成的纳米复合材料结构（剥离程度）及性能的影响，并对剥离结构形成的机理及相应的影响因素做深入的研究，从而摸索出制备高度剥离结构纳米复合材料的最佳条件。在此基础上制备出"高度无规剥离"结构的环氧树脂/粘土纳米复合材料并对材料的结构及性能进行全面的表征。

聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料这个研究方向在过去二十几年中引起了国内外学术界以及工业界的广泛关注。世界各国的研究者们借鉴这种方法对几乎所有的通用聚合物（热固性及热塑性）都进行了改性研究，以期实现对现有通用聚合物的高性能化。尽管在大量的研究中都使得聚合物的性能获得了某些程度的改善或提高，但与纯聚合物相比其综合性能的改善大都十分有限。因为要想通过添加粘土（或其它层状硅酸岩）来实现通用聚合物的高性能化的前提是粘土片层以高度、无规剥离形式均匀地分散在聚合物基体中，实现纳米尺寸效应。但就目前绝大多数所报道的情况来看，所得到的“聚合物/粘土纳米复合材料”多为插层结构或部分插层部分剥离结构。因此，如何实现粘土片层以高度、无规剥离形式分散在聚合物基体中已成为近些年这一领域的关键和难点。.我们以环氧树脂/粘土纳米复合材料体系为研究对象，突破常规的制备工艺，创立了一种能够获得高度、无规剥离结构聚合物/粘土纳米复合材料的全新制备方法“湿粘土直接复合法”。用带有特殊官能团的有机修饰剂对粘土进行改性后不经干燥处理，用适当的有机溶剂洗涤后直接加入到环氧树脂预聚体中，利用有机溶剂的占位作用及有机修饰剂与环氧树脂良好的相容性及可反应性，使得有机化粘土在固化反应进行之前就在环氧树脂预聚体中实现了高度无规剥离。.选用了一系列带有不同特殊官能团的有机化合物作为粘土有机修饰剂来制备环氧树脂/粘土纳米复合材料，深入研究了有机修饰剂的分子结构、官能团性质对所形成的纳米复合材料结构（剥离程度）及性能的影响，探明了在这种新方法下，粘土在环氧树脂中实现高度剥离的机理及相应的影响因素，摸索出了制备高度剥离结构纳米复合材料的最佳条件。在此基础上制备出了“高度无规剥离”结构的环氧树脂/粘土纳米复合材料并对材料的结构及性能进行全面的表征。