纳米粒子改性热固性树脂的研究进展

※综述※

纳米粒子改性热固性树脂

班级：11030442班

学号：1103044219

姓名：薛鹏

纳米粒子改性热固性树脂（综述）

薛鹏

材料科学与工程学院11030442(19)

摘要:热固性树脂是一类应用十分广泛的高分子材料。纳米粒子增韧结合了弹性体增韧和刚性粒子增强的优点。本文综述了纳米粒子的优越性及分类，并简述了纳米粒子改性热固性树脂的方法，以及详细阐述了几种无机纳米粒子的增韧效果。通过对比展望未来纳米粒子改性复合材料的发展前景。

关键词：纳米粒子、热固性树脂、酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、改性

Abstract: Thermosetting resin is a kind of very widely used polymer materials. Nanoparticles toughening combines the advantages of elastomer toughening and rigid particles to enhance. Nanoparticles are reviewed and the advantages of classification, and this paper expounds the method of nanoparticles modified thermosetting resin, and expounds the several kinds of inorganic nanoparticles toughening effect. By comparing the nanoparticles modified composite materials development prospects for the future.

Key words:Nanoparticles, thermosetting resin, phenolic resin, epoxy resin, unsaturated polyester resin, modified

1、前言

热固性树脂包括环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、氨基树脂、聚氨酯树脂等，是一类应用十分广泛的高分子材料。聚合物的实际强度一般只有理论强度的百分之一至千分之一，如何增强增韧聚合物、挖掘聚合物的力学性能潜力，一直是高分子学者研究的热点课题[1]。填充改性是一种重要的增韧增强聚合物的方法，纳米粒子出现后，人们将它应用于高分子树脂的增韧增强改性。无机纳米粒子的表面非配对原子多，与聚合物发生物理或化学结合的可能性大，增强了粒子与聚合物基体的界面结合，因而可承担一定的载荷，具有增韧增强的可能。无机纳米粒子改性热固性树脂是无机填充物以纳米尺寸分散在热固性树脂基体中形成的有机/无机纳米复合材料，分散相的尺寸至少在一维方向上小于100nm。纳米材料具有许多新奇的特性，它在热固性树脂中的应用除起增强增韧作用外，还赋予基体材料许多新的性能[2]。

2、无机纳米粒子改性常用的方法及种类

无机纳米粒子改性热固性树脂常用的方法有混合法、溶胶+凝胶法、原位分散聚合法、插层复合法等。

混合法是通过不同的物理或化学方法将纳米粒子与聚合物进行充分混匀而形成复合材料的方法，通常分为溶液混合、乳液混合、熔融混合及机械混合法[3]。采用混合法制备无机纳米粒子改性热固性树脂时，首先将无机纳米材料制成有机悬浮液，再与高分子溶液或高分子前驱体混合后制备纳米复合材料。该方法在使用中要求纳米悬浮体

与高分子或其前驱体溶液最好是相容的。

溶胶+凝胶法是制备无机纳米粒子改性热固性树脂的另一个重要方法，它是将烷氧金属或金属盐等前驱物在一定的条件下水解缩合成溶胶（Sol），然后经溶剂挥发或加热使溶胶转化为网状结构的氧化物凝胶（Gel）的过程[4]，以得到纳米尺度的无机相。溶胶+凝胶法的特点是该反应可在温和的反应条件下进行，两相分散均匀。

原位分散聚合法是将经过表面处理的纳米粒子加入到单体中,然后再引发单体进行聚合从而形成复合材料的方法。原位聚合法可在水相中进行,也可在油相中进行[5]。采用原位分散聚合法制备无机纳米粒子改性热固性树脂时，先使纳米粒子在单体中均匀分散，然后进行原位聚合反应。

常用于热固性树脂改性的无机纳米粒子主要有SiO2、SiO2-X、TiO2、Al2O3等，这些纳米粒子比表面积大，表面活性高，易发生集聚，在聚合物基体中难以达到纳米尺寸的均匀分散。此外，纳米粒子与基体的界面结构及粘接强度也影响复合材料的性能[6]。为了增加纳米粒子与聚合物的界面结合力，提高纳米粒子的分散能力，必须对纳米粒子进行表面改性，改变粒子表面的物理化学性质。通常情况下，将这些纳米粒子表面用适当的表面活性剂或偶联剂进行预处理[7]。

3、热固性树脂特点及分类

热固性树脂(thermosetting resin)，是指树脂加热后产生化学变化，逐渐硬化成型，再受热也不软化，也不能溶解的一种树脂。热固性树脂在固化后，由于分子间交联，形成网状结构，因此刚性大、

硬度高、耐温高、不易燃、制品尺寸稳定性好，但性脆。因而在很多情况下都要对其进行改性。

常用热固性树脂有酚醛树脂、环氧树脂、不饱和树脂、脲醛树脂、三聚氰胺－甲醛树脂、聚氨酯、聚酰亚胺等。热固性树脂主要用于制造增强塑料、泡沫塑料、各种电工用模塑料、浇铸制品等，还有相当数量用于胶粘剂和涂料。

4、纳米粒子改性热固性树脂

（1）酚醛树脂

酚醛树脂具有良好的力学性能、耐热性、耐寒性、电绝缘性、尺寸稳定性、成型加工性、阻燃性等优点，因此在汽车、电子、电气、交通、军事等许多领域逐步取代了工程塑料和一些金属及合金材料而占据主导地位，获得广泛的应用。但纯酚醛树脂的酚羟基和亚甲基容易氧化，使耐热性和耐氧化性受到影响；固化后的酚醛树脂因芳核间仅由亚甲基相连而显脆性。随着科技的进步，纯酚醛树脂已不能满足许多高新技术领域的要求，利用各种方法对酚醛树脂进行改性，已成为酚醛树脂研究的核心内容[8]。

利用Al2O3和SiC两种纳米粒子对纯酚醛树脂进行共混改性，共混前对纳米粒子用超声波进行物理分散，用偶联剂进行表面化学改性, 以获得纳米粒子分散良好、界面结合良好的纳米改性酚醛树脂材料。无论有无对Al2O3和SiC纳米粒子进行表面改性处理，其所得改性酚醛树脂的热稳定性都较纯酚醛树脂提高[9]。

（2）环氧树脂