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纳米材料在胶粘剂改性中的研究及应用是嘛

发布时间:2021-07-21 22:52:18 阅读: 来源:振动盘厂家

纳米材料在胶粘剂改性中的研究及应用

0前言

随着科学技术的不断发展,人们对胶粘剂的要求越来越高,特别是在强度、韧性及耐热性等方面,对胶粘剂的改性研究提出了更高的要求。胶粘剂改性的最初目的只是为了增量,以降低成本,如今则主要是为了提高其力学性能和功能性。填充物改性是聚合物改性的主要手段之一,有关研究表明[],在胶粘剂中加入无机填料可以提高其粘接强度、压缩强度、抗冲击强度和耐热性,并可以改善其热膨胀系数和固化收缩率等性能。

几十年来,人们通过各种途径对胶粘剂的强度、韧性和耐热性等方面进行改性研究,但很难达到三者兼顾。纳米材料的出现则为同时实现多项性能的共同改善提供了可能。由于结构上的特殊性,纳米材料出现了一系列新的效应(如小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应等),这就决定了纳米材料具有许多与传统材料不同的独特性能,其电学、热学、磁学、光学及化学性能等都得到优化,因而具有广阔的应用前景。

1纳米材料在胶粘剂中的分散方法

由于纳米材料在基质中的分散程度会直接影响改性材料的性能。因此,人们研究了许多不同的方法以确保纳米颗粒在基质中能够均匀分散,主要有共混法、插层复合法和溶胶-凝胶法(sol-gel)等,其中共混法为物理分散法,具有操作简单、不会引起基质发生化学变化;其它方法在分散过程中都涉及材料的化学反应。表1对几种比较常用的分散方法进行了介绍。

纳米材料在胶粘剂中的分散方法

溶剂中溶解度很低且会因CNTs间较强的范德华力而形成团聚或缠绕,故其应用受到严重影响[14]。因此,必需事先对CNTs进行表面处理。

根据表面改性剂与CNTs表面间的作用方式,可将CNTs的表面改性方法分为两类[15]:一类是表面吸附包裹改性,另一类是表面化学改性。前者为物理改性,主要是通过CNTs表面吸附一层高分子物质来达到目的;由于该高分子物质不但减弱了CNTs间的范德华力,而且还产生了新的空间位阻斥力,从而使CNTs很难发生团聚。与物理吸附相比,CNTs的化学改性(包括表面活性剂改性、表面接枝聚合改性及表理念很简单:我们要把企业、研究型高校、社区大学、州、本地和联邦政府团结在1起面氧化改性三类)则颇受关注。Cui[16]等研究了表面活性剂对MWNTs分散效果的影响,发现MWNTs在Tergitol表面活性剂的溶液中可以达到比较好的分散效果。

2.2.2CNTs/胶粘剂复合材料的制备

对于CNTs/胶粘剂复合材料的制备方法,常用的有熔融共混法、溶液共混法和原位聚合等,其中溶液共混法只适用于一些可溶于常规溶剂的聚合物。然而,由于CNTs结构的完整性而不溶于任何溶剂,故可通过对CNTs表面进行化学改性来解决其溶解性或分散性。原位聚合法虽可改善CNTs在基体中的分散且仍保持其纳米特性,但聚合时影响因素较多(如温度、pH值和杂质含量等),故原位聚合法的应用受到限制。

Saeed[17]等采用MWNTs对聚酰亚胺(PI)进行改性研究。研究结果表明,随着MWNTs含量的增加,薄膜的弹性模量与强度增大,而断裂伸长率和断裂能则随之呈先增后降的趋势;在PI胶粘剂薄膜中,胶接接头处的搭接剪切强度、断裂能在MWNTs含量较低时都可以得到改善;另外,与纯PI薄膜相比,MWNTs/PI复合薄膜的搭接剪切强度保持率得到一定程度的加强。

2.2.3采用CNTs复合材料制备导电胶由于CNTs的独特性能,故其在胶粘剂的增强、增韧改性方面具有良好的应用;另外,即使添加极少量的CNTs,也会增强胶粘剂的导电性能,故其在导电胶的制备方面也得到广泛应用。

导电粒子可分为单体导电粒子和复合导电粒子,传统的导电胶中通常采用单体导电粒子,如银粉、镍粉、金粉或铜粉等。其中金粉和银粉价格昂贵,并且纯粹的银粉在直流电场和湿气条件下会产生银迁移现象[18];而镍粉和铜粉相对于银粉而言,其导电性能要差些,并且在空气中容易缓慢氧化,从而降低了导电性能。基于上述原因,人们开始研究一些新型导电胶,即基于复合导电粒子的导电胶。

冯永成[19]采用化学镀银法在CNTs表面包覆金属银,从而获得了导电性能极好的纳米银/碳复合管,并以该复合管为导电功能体制备导电胶。研究结果表明,所得纳米导电胶的导电性、理化性能均较好,且比传统的银粉导电胶节省银粉30%~55%(质量分数),从而显著降低了导电胶的成本,同时导电胶的理化性能得到明显提高。

2.3纳米木粉

科学研究者的研究方向必须与国家资源、环境保护等实际情况相结合,纳米木粉的出现为纳米复合材料开辟了新的领域。将纳米木粉用于改性胶粘剂中,完全符合近几年来国际上倡导的“生态环境材料”理念,是一种与资源、环境相协调的生态环境材料。

木材和其它材料一样,在加工成纳微米尺寸后,材料的特异性质、尺寸效应及其变化机理都可能发生变化,而纳米木粉的尺寸小于木材的细胞直径,因此,纳米木粉是在木材细胞和显微结构水平下的改性技术,可能使木材改性出现突破性进展[20]。利用纳米木粉对胶粘剂进行改性,关键是提高基体与纳米木粉间的相容性。由于木粉表面所具有的极性和由此产生的分子间氢键的存在,会阻碍亲水的纳米木粉和基体之间的分散性和相容性,进而影响其宏观性能。因此,必需对木粉进行改性,以消除或降低其表面极性化程度,提高复合材料的综合性能[21]。纳米木粉表面具有较高的极性,其表面改性主要是通过对极性官能团进行酯化、醚化和接枝共聚等处理,使其生成疏水的、非极性化学官能团,并具有流动性,从而使纳米木粉表面与基体表面的溶解度相似,以降低基体与纳米木粉表面间的相斥性,达到提高界面粘接强度的目的[21]。

由于纳米木粉的天然特性,其应用前景和工业化前景良好。与传统的木材用脲醛(UF)树脂胶粘剂相比,纳米木粉胶粘剂[22]具有成本较低、环保效果较好等特点,并且其投资金额和生产成本基本不变,故其市场竞争力强于传统胶粘剂。因此,纳米木粉胶粘剂可以替代UF树脂木材胶粘剂,并且其性能、高精度负荷传感器构成丈量系统环保性和外观都与木材基本相似。由于纳米木粉胶粘剂降低了原料成本,并可用国产设备代替进口设备,相对减少了辅助原料的费用,从而提高了胶粘剂的产品利只有严格依照说明书操作润率。采用纳米木粉生产的无污染胶粘剂可代替含甲醛的有毒胶粘剂,因此,胶粘剂的绿色革命可能从木材的纳微米化技术开始。

3结语

目前,有关无机纳米材料在胶粘剂改性中的应用研究较多,并且大多建立在增强、增韧和耐高温等基础上。除了文中所提及的几种纳米材料外,晶须、纳米Al2O3以及其它一些纳米复合材料对胶粘剂的改性应用也越来越多;具有特定功能的胶粘剂发展迅速,如为了满足航天航空、微电子等高新技术如再有此现象可将油泵端面上的外6角螺丝拧下的发展需求,对耐高温胶粘剂的要求也越来越高,晶须填料的加入,可在提高胶粘剂玻璃化温度和耐热性能的同时,改善体系的力学性能。另外,在胶粘剂改性过程中发现,单一纳米填料在胶粘剂性能改进方面存在着局限性,为了使胶粘剂的多项性能同时得到改善,可将多种纳米材料作为混合填料同时加入,几种填料的协同作用则可以优势互补,充分发挥纳米材料各自的优异性能,从而使胶粘剂的综合性能更好。随着人们环保理念的日益增强,高固含量、无溶剂、水性、光固化和环境友好等特性也日益受到人们的重视,高性能环保型胶粘剂正逐渐成为主流产品,将会得到更多、更快的发展。

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