纳米颗粒在胶粘剂改性中的应用

　　
　　作者：杨种田1，朱丽娅 1，程慧2，(1.三峡大学理学院，湖北宜昌443000;2.襄樊市建设工程质量检测站，湖北襄樊441003)
    作者简介:杨种田(1971一)，男，硕士，武汉大学在读博士，主要从事纳米材料科学研究。

    1  纳米颗粒的基本物理效应和化学性质
    纳米 科 学 技术(Nano一ST)是20世纪80年代末期诞生并正在崛起的新科技[1]，其基本涵义是在纳米尺寸(10-9——10-7m)范围内认识和改造自然，通过直接操作和安排原子、分子创制新的物质。纳米材料和技术是纳米科技领域最富有活力、内容极为丰富的学科。纳米材料的基本单元可分为3类:零维、一维和二维。纳米颗粒属于零维纳米材料，通常指颗粒尺寸为纳米量级的超细微粒，其尺度大于原子团簇，小于通常的微粉，一般在1一l0nm之间。纳米颗粒具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子效应等，因而呈现出许多特有的性质。在物理、化工、医药及新材料等方面有广阔的应用前景。
    当颗粒尺寸进入到纳米级时，颗粒尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小，晶体的周期性的边界条件将被破坏，非晶态纳米颗粒的表面附近原子密度减小，导致小尺寸效应。由
于纳米微粒尺寸小，表面能高，位于表面的原子所占比例增大，原子配位不足，使这些表面原子具有高的活性，很容易与其他原子结合，从而引起纳米粒子表面原子输运和构型的变化，带来许多新的物理化学现象。比如，纳米粒子的吸附性
比相同材质的大块材料更强。另外，纳米粒子的表面活性使得他们很容易团聚在一起，从而形成带有若干弱连接界面的尺寸较大的团聚体。这些基本的物理、化学性质在纳米颗粒改性胶粘剂的研究和试验中起着至关重要的作用。

    2 纳米颗粒在胶粘剂改性中的应用
    2.1 在聚氨醋胶粘剂中的应用
    聚氨 醋 胶 粘剂有很多优点，在胶粘剂中引入纳米粒子可进一步提高其剥离强度和剪切强度，耐热性也得到显著改善。
    纳米 碳 酸 钙可用于聚氨醋胶粘剂的复合改性。上海新风化工研究所[2]以端NCO基聚氨醋预聚体为甲组分，固化剂E一0为乙组分，制备了三元乙丙(EPDM)橡胶基双组分防水材料专用胶粘剂，其中加人纳米CaCO3粉，使胶粘剂的老化性能、拉伸强度、剪切强度等性能均得到了不同程度的提高。清华大学曾研究了纳米CaC03粉对硅酮改性聚氨醋密封胶的力学性能和流变性能的影响，结果表明，纳米CaC03粉较重质CaC03制得密封胶的弹性和触变性都要好。
    纳米SiO2:粉能有效改善水性聚氨醋的性质，主要有物理改性和化学改性。物理改性简单易行，成本低。孙多先[3]等制备了SiO2水性聚氨醋(wpU)无机一有机纳米复合乳液。SiO2粒径约60nm，分散于WPu胶束内部，胶束良好的包覆作用抑制了纳米粒子的团聚，从而可使复合材料中的纳米粒子保持良好的稳定性和较小的颗粒。分析表明，该水性胶既保持了原有水性聚氨醋良好的粘合性、成膜性和无污染性，又大大提高了其粘接性能，使这种材料在粘合剂、汽车底漆、金属涂料等领域有着广泛的应用前景。
    纳米 级 金 刚石粉是用爆炸技术合成的新材料，不但具有纳米材料的特性，还有高强度、低摩擦因数及耐磨性好等特点。北京天工表面材料技术有限公司[4]制备了纳米金刚石聚氨醋胶粘剂，当纳米金刚石加入量为8%时，耐磨性可增加1.24倍，拉伸强度提高27.5%。若加人量过大，耐磨性和拉伸强度反而下降。
    刘桂 霞 [5] 等采用纳米微粒直接分散法合成了纳米二氧化饰(CeO2)/离子聚氨醋水分散液，纳米CeO2粒子呈单分散状态均匀分散在聚氨酷中，平均粒径35 nm。结果表明，随着纳米CeO2含量的增加，水分散液的勃度降低，从而提高了该材料的应用性能。
    2.2 在酚醛树脂胶粘剂中的应用
    酚醛 树 脂 由于含有大量苯环以及固化后形成高度交联结构，所以韧性很差。马J国冶等〔6〕采用加人丁睛弹性纳米粒子(NBENP)的方法，制备了具有高韧性和高耐热性的甲阶酚醛树脂。NBENP是一种全硫化粉末橡胶，由于它和酚醛树脂之间的反应加强了界面连接，加之其粒径小，增大了比表面积和界面面积，形成很强的界面相互作用，使得酚醛树脂在承受载荷时，抵抗变形和传递应力的能力加强，因此体系的强度增加。并且发现NBENP改性酚醛树脂的冲击断面是大
大小小的橡胶粒子引发的微裂纹，橡胶粒子的空洞化现象明显。这些都会消耗大量能量，使基材的韧性提高。
    2.3 在环氧胶粘剂中的应用
    环氧 胶 粘 剂存在着固化后内应力大、质脆、耐疲劳性/耐冲击性差等缺点，因而环氧胶粘剂的增韧改性一直是国内外研究的热点。一般无机物填充聚合物提高材料刚性的同时会降低其韧性，但纳米材料却能够兼顾二者。原因在于纳米粒子能均匀地分散在基体中，当基体受到冲击时，粒子与基体之间产生银纹，同时粒子之间的基体也产生塑性变形，吸收冲击能，从而达到增韧的效果。另外，纳米粒子的比表面积大，粒子与基体的界面变大，产生微裂纹和塑性变的效应更强，从而吸收的冲击能更多，增韧效果更显著。
    李晓 俊 等 将粒径为40nm的活性碳酸钙加人环氧树脂中，环氧树脂固化物的弯曲强度、拉伸强度、弯曲弹性模量、断裂伸长率、邵氏硬度等均随着纳米碳酸钙用量的变化而变化。在添加量为0.1一20份范围内，其固化物各项力学性能都呈增加趋势。这是由于纳米碳酸钙粒子细，能与环氧树脂有充分的相界面接触，环氧树脂固化时，纳米粒子充分地填补了树脂间隙。同时纳米碳酸钙所带的活性基团可能参与环氧树脂的固化反应，在环氧间隙间充当柔韧键，缓解
应力集中，使环氧树脂胶的性能明显改善。
    陈名 华 川 等制备了纳米Ti仇/环氧树脂胶，研究了不同制备方法和纳米TIO:的含量对环氧树脂胶的力学和热力学性能的影响。纳米Ti02加人到环氧树脂胶后，能显著提高该胶的力学性能、玻璃化温度、微波固化强度，其最佳用量为
3%。王霞等通过溶胶一凝胶的方法使正硅酸乙醋在环氧树脂中形成纳米5102相，纳米粒子粒径约60nm，均匀地分散在环氧树脂中，使环氧树脂胶粘剂具有很好的抗流淌性，且不降低环氧树脂的粘接性能。

    3 结语
    综上 所 述 ，纳米材料的应用是对胶粘剂性能进行改进的有效手段，使其相关性能得到很大提高。纳米颗粒材料在胶粘剂的改性中有着重要地位和广阔的应用前景，必将使胶粘剂的发展进人一个崭新的阶段。

    参考文献
    [1]张立德，牟季美纳米材料和纳米结构M.北京:科学出版社 ，2 001.
    [2]邹德荣，徐宇.EPDM橡胶基防水材料专用胶粘剂的研制J .中 国 建筑防水，2002(4):21一24.
    [3]孙多先，贾东海，郭长海，等.水性聚氨醋包封原生纳米510 2纳 米 复合材料的制备及表征[J」.现代化工，203，23(1 ):4 1 一43.
    [4]原津萍，梁志杰，陈成纳米金刚石粉胶粘剂性能的初步研究 [J].粘接，1999，20(1):1一2.
    [5]刘桂霞，孙多先，洪广言.纳米CeOZ/阴离子聚氨醋复合材料 【J].高分子材料科学与工程，203，19(4):192-19 5.
    [6]马但怡，魏根栓，张晓红，等.丁睛弹性纳米粒子改性酚醛树脂 的 研 究[J].高分子学报，2005(3):467一470.
    [7」李晓俊，刘小兰，叶超，等纳米CaCO3改性环氧胶粘剂「J] ·青岛科技大学学报，2005，26(5):421一427.
    [8]陈名华，姚武文，汪定江，等.纳米Tio:对环氧树脂胶粘剂性能影响的研究「J].粘接，201一)4，25(6):12一巧.
    [9]王霞，李姜米 510 :[ J]余云照一种新型环氧树脂流变改性剂一纳新产品·新工艺，21(1):24一26.

上一篇：“强力”胶粘剂-灌封胶 下一篇：中科院研制出端硅烷化聚氨酯密封胶

【回到顶部】