生物基环氧树脂研究进展[5篇范文]

第一篇：生物基环氧树脂研究进展

国内生物基环氧树脂研究获新进展，各项性能达到或优于石油基产品。研究人员将阻燃性好、又能与碳碳双键反应的9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物（DOPO）引入到了衣康酸环氧结构中，得到了含磷衣康酸基环氧树脂(EADI)。其固化物性能与双酚A环氧相当，并表现出优异的自阻燃性。用EADI改性的双酚A环氧也具有非常好的阻燃效果。研究人员将衣康酸基环氧树脂的双键变成环氧基团的环氧单体，合成了高环氧值(1.16)、低黏度、高固化活性的环氧树脂，并在某些领域表现出比双酚A环氧更加优异的加工性能。衣康酸又名亚甲基丁二酸，是一种重要的生物基原料，可由生物发酵技术制备得到.由于具有广阔的应用前景和较低的价格，衣康酸已被美国能源部评选为最具发展潜力的12种生物基平台化合物之一。占全球环氧树脂市场90%左右的双酚A环氧，其原料双酚A被证明具有很强的生理毒性，目前已被多个国家禁用于人体接触的领域。衣康酸在替代双酚A合成环氧树脂方面具有巨大的潜力和发展空间。

第二篇：环氧树脂改性研究进展（推荐）

综合实践

环氧树脂改性研究进展

专业：高分子材料与工程

班级：高分子092

学号：2009016015

姓名：欧丽丽

日期：2012，6，1环氧树脂改性研究进展

摘要 ：环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物，除个别外，它们的相对分子质量都不高。环氧树脂的分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为其特征，环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构。由于分子结构中含有活泼的环氧基团，使它们可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶、不熔的具有三向网状结构的高聚物。环氧树脂是一种综合性能优良的热固性树脂，但其韧性不足，耐热性能也较低，耐冲击损伤差。文章介绍了改性环氧树脂的几种方法，并且对核壳乳胶粒子改性环氧树脂做了详细介绍。

关键词：改性；环氧树脂

1：概述：

环氧树脂具有优异的粘接性能、耐磨性能、机械性能、电绝缘性能、化学稳定性能、耐高低温性能以及收缩率低、易加工成型和成本低廉等优点。在胶粘剂、电子仪表、航天航空、涂料、电子电气绝缘材料以及先进复合材料等领域得到广泛应用。但由于纯环氧树脂固化物具有较高的交联结构,存在易发脆和抗冲击韧性差等缺点,难以满足工程技术的使用要求, 限制了环氧树脂工业的发展。目前，环氧树脂可以通过无机刚性填料、橡胶弹性体、热塑性塑料、核壳聚合物、热致液晶聚合物、纳米材料等进行增韧。也有最新资料表明，用超支化聚合物对环氧树脂进行增韧已取得良好的效果。

2：环氧树脂的改性方法：

2.1：有机硅树脂改性环氧树脂

醚酰亚胺改性四官能团EP胶粘剂的粘接剪切强度是改性前的2倍左右, 200℃高温剪切强度仅下降10% ,不均匀剥离强度提高2.5倍左右，;酰亚胺的引入可以提高

改性EP的高温剪切强度保留率, 150℃时为76% ～84% , 175℃时也可达到75%;双羟基聚酰亚胺固化EP粘接不锈钢时。层间剪切强度有机硅树脂有良好的介电性、低温柔韧性、耐热性、耐候性及憎水性,而且表面能低,用其改性EP既能提高介电性能,又能提高韧性和耐高温性能、降低内应力,但它与EP相容性差。因此,一般使用带有活性基团的有机硅树脂改性EP。比如,聚二甲基硅氧烷具有卓越的柔性与独特的低表面能特性,是改EP的理想材料,但两者不能互容,通过在聚二甲基硅氧烷分子链上引入能与EP的环氧基反应的官能团,如羟基、羧基、氨基等基团可改进二者的相容性[1]。

张冰等[2]将带有N 2(β2氨乙基)2γ2氨丙基侧基的聚二甲基硅氧烷与EP共混,使相界面上的氨基与EP上的环氧基反应生成聚硅氧烷接枝EP共聚物,从而增加了两相间的相容性。夏小仙以氨丙基封端的二甲基二苯基硅氧烷低聚物改性双酚A型EP,随着共聚物中苯基含量的增加,软段的有机硅聚合物的溶解度参数提高,两相相容性达到较好的增韧效果。陈慧宗合成了一种含有乙氧基、羟基、甲基与苯基的新型聚硅醚,对EP进行改性,改性产品可耐高温。

李善君[3]用试验证明由分散聚合制备的有机硅改性邻甲酚EP对降低EP的内应力有显著效果, EP的力学性能、热性能和内应力不但与两者比例有关,而且与使用的固化促进剂的品种和用量亦有很大关系温、抗氧化、粘接力强且稳定性好。

2.2：聚氨酯(PUR)改性环氧树脂

互穿聚合物网络(IPN)是制备特殊性能高分子合金的有效方法。PUR的高弹性、耐磨性与EP的高粘接性可通过IPN体系互补与强化

施利毅等[4]利用聚合物合金的思想,采用熔体共混法制备出了EP /PUR共混体系。他们以异氰酸基封端PUR预聚体与EP在熔融条件下加入固化剂固化后得到共混改性体系,由于异氰酸基本身能与环氧基团反应,因此得到的改性体系两相间有良好的相容性。

管云林等[5]用不同的PUR 和EP 制备一系列EP /PUR IPN,通过DSC对其进行分析,发现网络互穿程度的提高增加了组分之间的相容性。杨亚辉等以聚酯和二异氰酸酯为聚合单体,合成了端异氰酸基聚酯,采用原位多相聚合技术,用芳香二胺将其扩链生成聚氨酯脲,从而与E80环氧树脂,并选用改性二乙烯三胺为固化剂,对共混后的树脂进行固化。采用差示扫描量热法研究材料热力学性能,利用电子显微镜研究其微观形态,采用拉伸、剪切、冲击和弯曲等测试方法研究其力学性能,综合各项性能数据,最终得出复合材料最优的配比。

展望

近年来环氧树脂增韧研究取得了很大的进步，但仍存在很多问题。还需要我们在以下几个方面进一步努力。（1）寻找新的材料和制备方法，提高添加材料和环氧树脂的相容和良好的加工性能。（2）提高现有的材料与环氧树脂的融合效果。

随着科技的发展，电器电子材料，复合材料对环氧树脂的要求越来越高。环氧树脂改性研究使环氧树脂有了质的飞跃。环氧树脂的增韧改性一直是高分子材料专家十分关注的研究课题。目前，环氧树脂的增韧技术日益成熟，已进入实用阶段。核壳聚合物的应用为环氧树脂的增韧开辟了一种比较理想的方法，其应用前景非常广阔。就目前对其的研究、应用状况来看，对核壳聚合物的微观结构形态，合成方法，形成机理，增韧改性等诸多方面取得了许多成果，但商业化产品和应用还有待开发和研究。环氧树脂正从通用型向高性能，高附加值系列转变。这种发展使环氧树脂的改性技术日趋完善，相信随着研究人员的努力和实践，环氧树脂的增韧改性研究会有更大的突破，改性的环氧树脂应用也将更加广泛。

参考文献

[1]蒋华麟陈萍华环氧树脂改性与应用的研究进展2009年

[2] 张冰,等.功能高分子材料, 2000

[3] 李善君.热固性树脂, 1997

[4]施利毅,等.中国胶粘剂, 1998

[5] 管云林,等.高分子材料科学与工程, 1996

[6]易兆龙易建政 杜仕国环氧树脂改性研究进展

[7] 郑亚萍，余利渡，张爱波，等．超支化聚(胺-酯)增韧环氧树脂 华东理工大

学学报(自然科学版)。2006

[8] 张楷亮，王立新．改性蒙脱石增强增韧环氧树脂纳米复合材料性能研究.2001

[9] 汪新民,汪国建.单组分常温交联型环氧2苯丙乳液研究 涂料工业, 1998

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新型材料，2003年

[11]范宏, 王建黎。PBA/ PMMA 型核壳弹性粒子增韧环氧树脂研究。高分子材料

科学与工程，2001

[12]申景强，张亚峰，邝键政，石红菊，邱劲东，徐宇亮P(APU．BA)／PMMA型核

壳粒子的制备及其在环氧树月旨增韧中的应用2004年

[13]王雅珍 贾宇冲 马立群 汪建新PBA /PMMA核壳聚合物改性AG-80树脂

2010年

第三篇：环氧树脂-聚酰亚胺树脂研究进展

环氧树脂-聚酰亚胺树脂研究进展

环氧树脂(EP)有优异的粘结性、热性能和机械性能，以其为基体的复合材料已广泛应用于航空航天、电子电气等领域；但纯环氧树脂的脆性大，其热性能以及电性能等不能满足这些领域的要求，必需对环氧树脂进行改性以增强其韧性、热稳定性及电性能。改善脆性的途径有：共聚或共混，使固化产物交联网络疏散；引入适当组分形成互穿网络或两相体系；通过分子设计在分子链中引入柔性链段№]。但在环氧树脂分子链中引入柔性链段会降低环氧树脂的耐热性。为得到韧性环氧树脂材料。人们已尝试用橡胶和聚丙烯酸酯改性，环氧树脂中引入这些聚合物材料提高了其韧性，但在提高玻璃化温度(Tg)、使用温度和耐弯曲性方面未取得成功。近来，热塑性工程塑料已被用于增韧环氧树脂。由于这些塑料具有高模量和高玻璃化温度，改性后的环氧树脂的模量和玻璃化温度可以达到甚至超过纯环氧树脂。

聚酰亚胺(包括交联型和缩聚型)是一类性能优异的工程塑料，具有耐高低温性能、突出的机械性能等，广泛应用于对热稳定性、机械性能要求高的领域¨’一引。在环氧树脂中引入聚酰亚胺或向环氧树脂单体骨架引入亚胺环结构，提高环氧树脂的热稳定性和韧性，取得较为满意的结果。

1聚酰亚胺／环氧树脂共聚或共混

1．1热塑性聚酰亚胺／环氧树脂共聚或共混

最近，人们对用高性能芳香热塑性聚合物共混增韧热固性树脂做了大量研究，热塑性聚酰亚胺就是其中很重要的一类。有些聚酰亚胺如聚醚酰亚胺(PEI)等与未固化环氧树脂有很好的相容性和溶解性而已被用于环氧树脂的增韧，由于其玻璃化温度(Tg)与交联环氧树脂网络的取相近，因此在提高环氧树脂抗破坏性的同时。没有降低(甚至提高)其他关键的层压性能和热／湿性能。

Biolley等用具有相当高玻璃化温度的二苯酮四酸二酐(BTDA)和4.4'-(9-氢-9-亚芴基)二苯胺(FBPA)合成的可溶性热塑性聚酰亚胺改性四缩水甘油基二苯甲烷一二氨基二苯砜环氧树脂体系(TGDDM／DDS／PEI)，增韧效果明显。固化后的树脂用扫描电子显微镜观察未发现相分离，动态力学分析表明只有一个Tg，这些都说明共混组分间能完全相容。但组分问的高相容性使形成的共混物粘度高，这可能首先影响聚合反应的动力学和选择性，其次阻碍了相分离结构(这种结构

增韧效果显著)的形成。引入热塑性聚酰亚胺(聚酰亚胺含量10％)使取略有提高(△Tg=5℃)，断裂应力只提高50％，临界应变松弛速率(G1c)值与没有改性的环氧树脂相当。

陈鸣才研究了PEI对多官能团环氧树脂的增韧作用。加入PEI时，共混物的应力强度因子(K1c)和GIC都有显著提高，即增加了环氧树脂的韧性。虽然共混物只有一个取，但电镜观察说明共混物为两相结构。当PEI含量为10％时，PEI开始从分散相转变为连续相。李善君用双酚A二酐和4，4’-(1，4-苯基-二(1-甲基-亚己基))二苯胺按不同摩尔比合成聚醚酰亚胺用于改性环氧树脂。加入20％～30％PEI的改性体系相结构发生变化，使体系剪切强度有较大提高。含量为20％时，形成连续相结构，含量为30％时发生相反转。聚醚酰亚胺作为连续相有利于力学性能的大幅度提高，断裂韧性提高5倍。改性体系的rg比纯TGDDM体系提高10℃以上。改性体系作为胶粘剂时剪切强度提高一倍左右，200℃高温剪切强度仅下降10％。

另外，Agag等用非反应型线性聚酰亚胺增韧环氧一二苯砜二胺树脂体系，在模量不损失情况下增加了其断裂韧性，但耐热性随聚酰亚胺的添加变化不大。

1．2交联型聚酰亚胺／环氧树脂共聚或共混

双马来酰亚胺(BMI)树脂是一类性能优异的交联型聚酰亚胺，兼有聚酰亚胺优良的耐高温和耐潮湿性能，可采用与环氧树脂类似的成型工艺，且与其他缩聚型聚酰亚胺相比，在形成过程中没有小分子物质放出。向环氧树脂中引入双马来酰亚胺后，由于两者聚合机理不同和相容性等方面的原因在聚合过程中可能形成互穿网络或两相体系，从而达到增韧和提高耐热性的目的。

Han等用同时本体聚合技术制备了双马来酰亚胺(BMI)和聚氧化丙烯型聚氨酯[PU(PPG)]-交联环氧树脂聚合物互穿网络。将BMI和PU(PPG)交联的环氧树脂(EP)混合，然后同时聚合形成互穿聚合物网络(IPNs)。结果表明，含有较长PU(PPG)链段[即PU(PPG2000)]的BMI／PU(PPG)一EP互穿网络的拉伸强度随BMI含量的增加而降低。他们还用本体聚合技术制备了聚丁二烯基二酸类聚氨酯交联的环氧树脂和双马来酰亚胺(BMI／PU—EP)互穿聚合物网络(IPN)心引。在该研究中，双马来酰亚胺主要溶解在环氧树脂基的聚氨酯区而形成相容系统，从而提高了互穿网络的互穿程度并且最终提高了网络机械强度。因此当双马来酰

亚胺的含量增加到一定程度(5％)时，拉伸强度增大，但BMI含量增加到大于5％时，显示出PU区域的刚性和脆性，BMI／PU—EP互穿网络的拉伸强度会随BMI含量增加而降低；BMI含量大于10％时，BMI和PU—EP形成了高度互穿的互穿网络结构，分子间的物理缠结(即IPN效应)增加，BMI／PU—EP互穿网络的交联密度随BMI含量的增加而增大，互穿网络的拉伸强度增加。在他们的两项研究中均发现BMI／PU—EP互穿网络的艾佐德冲击强度随BMI含量的增加而降低，G1c值随BMI含量的增加没有很明显的变化。这是因为高交联密度的BMI与PU—EP的高相容性和固化的BMI树脂的刚性和脆性同时作用的结果。由于BMI树脂的玻璃化温度超过了环氧树脂的开始分解温度，因此两种互穿网络只检测到一个rg。由于BMI在两种体系中的溶解性不同，随BMI含量的变化趋势也不一样，前者的取不随BMI含量的变化而变化，后者则随BMI含量的增加而变高。

Ashok等对BMI的引入对Tg造成影响的原因进行了研究。他们认为，BMI改性环氧树脂和BMI改性的硅氧烷化环氧树脂玻璃化温度的升高是由BMI自加成引起，而不是由于发生了迈克尔加成反应。因为迈克尔加成反应导致形成热不稳定键连结构，且由于链延长最终会降低交联密度。但BMI自加成反应会产生热稳定的C—C键，rg的提高证实了BMI自加成反应的影响大于迈克尔加成反应。同时BMI改性环氧树脂和BMI改性硅氧烷化环氧树脂的热降解温度均随BMI含量的增加而增加，这可能是由于BMI中含有热稳定的芳杂环结构及与环氧树脂形成了交联结构。

四缩水甘油基-4，4’一二氨基二苯甲烷(TGDDM)用芳香胺如二氨基二苯砜(DDS)固化后可在航空航天广泛用作碳纤维增强复合材料的基体材料，但TGDDM／DDS系统的应用受到以下两个方面的限制：脆性和高吸水性。脆性问题可用热塑性塑料或传统的液体橡胶改性基体树脂解决；为解决高吸水性，形成热固性树脂／热固性树脂共混物是有效途径。该体系通常归属于相互交联或互穿聚合物网络，因其分子结构很特别，这些复杂的网络常常表现出协同效应，能使树脂(与纯树脂相比)在一些性能上有很大的提高。

BMI比环氧树脂具有更大的链刚性，完全固化后固化物具有更高的r卧优异的热稳定性和热氧化稳定性以及相当小的吸水性。合适的共混物比TGDDM的吸水性小，且比BMI树脂的加工性能好。TGDDM和BMI在DDS存在下固化，Pele-grino等用傅利叶变换红外光谱(FT～IR)对固化物进行研究，发现分子结构发生变化，表明固化过程中形成了交联网络，而且是两种不同的网络结构：第一种是BMI自聚，第二种是TGDDM和DDS交联，但BMI网络结构形成速度更快且不完善。由于分子活性影响，BMI存在使TGDDM／DDS网络形成更多的小环状结构，降低了交联密度。干燥试样的动态机械测试表明，尽管两种网络的形成速度不同，但它们之间具有相当高的互穿程度；体系中随BMI含量的增加断裂强度略有下降，弹性模量略有升高。当BMI含量占总量的43．5％时，70℃测定平衡时试样的吸水量，吸水量有所降低，在吸水试样的动态机械测试中发现即使在吸水量相当的情况下吸收水分的塑化效应随BMI含量的增加而减小。2亚胺环引入到环氧树脂骨架

由于环氧一亚胺树脂具有高耐热性而备受关注，但将亚胺环引人环氧树脂骨架的研究并不多见。

Galia等合成了几种含亚胺环的二缩水甘油化合物，结构式如下：

此研究中引人亚胺环结构双环[2．2．2]-辛烯-7—2，3，5，6一四羧酸二酐的衍生物，亚胺环结构有助于提高树脂的耐热性，脂肪链结构有助于提高树脂的加工性。固化反应可以在亚胺氮攻击环氧环开环情况下发生，或作催化剂起羟基或羧基的作用。双环[2．2．2]辛烯-7结构在氮气中于360 oC时会发生反狄尔斯一阿德耳(Diels—Alder)反应。因为当二缩水甘油单体含有长脂肪链单元时可以测出剩余热焓，这说明交联网络有足够的柔性使得在较高温度时能够进一步发生反应，与前面提到的反狄尔斯-阿德耳反应一致。用DTG测定了最大失重速率时的温度和这一温度下的失重速率。可以看出。失重主要发生在450 oC以上。当R为-(CH2)5-和-(CH2)3-时，树脂在室温下为液态，失重温度稍低。树脂700 oC时的残炭率与组成有关，形成的树脂中含有芳环结构，导致残炭率升高。

Castell等用4一甲基氨基吡啶(DMAP)，DDM，DICY作为偏苯三酸酰亚胺二缩水甘油酯的固化催化剂。TG数据表明，偏苯三酸酰亚胺二缩水甘油酯固化物的开始降解温度和失重10％的温度对固化剂没有太大的依赖性，从热失重曲线可以看出有几个降解过程共存。但用4-甲基氨基吡啶催化固化的树脂开始降解的温度稍高。

3亚胺环引入固化剂

用含有亚胺环的固化剂固化环氧树脂从而提高树脂的耐热性和韧性等性能也不失为一个行之有效的途径。通常，这类固化剂分子链两端为氨基、羟基、羧基等带有活泼氢的基团，或者在分子链上有带有活泼氢的取代基。固化剂中这些基团上的活泼氢打开环氧环使环氧树脂交联固化。

Liu等用3，3’，4，4’-二苯酮四酸二酐与相对分子质量400～4 000的氨基封端聚醚砜反应制得相对分子质量约为100的聚醚砜亚胺(PEI)。PEI具有相同的相对分子质量，但具有不同的亚胺含量和醚砜含量。把PEI与双酚A型环氧和二苯砜二胺按计量混合，实验数据表明，醚砜含量较高的PEI与溶剂和环氧树脂有较好的相容性，但固化物的取较低。而亚胺含量较高的PEI导致DGEBA／DDS／PEI的固化反应速度较快。DSC数据显示，固化物有两个瑰，说明固化物中PEI和环氧树脂间存在着相分离。

Agag等㈣0用2，2-双(3，4一二羧基苯基)六氟丙烷二酐和3，3’-二氨基-4，4’-二羟基联苯反应制备含羟基官能团的反应活性聚酰亚胺。再用不同比例的这种聚酰亚胺通过羟基打开环氧环固化商品环氧树脂(无需另加固化剂)，得到一系列网状结构的聚酰亚胺改性环氧树脂。制成的透明薄膜有优异的耐溶剂性能，这证明了聚酰亚胺与环氧树脂形成了网络结构。随聚酰亚胺含量的增加，树脂的弯曲模量增加，但断裂伸长率几乎没有改变；玻璃化温度向高温移动，反映了聚酰亚胺与环氧树脂的相容性较好；同时，也使树脂的热稳定性增强，5％失重温度在343～366 qC范围内，超过了二苯砜二胺固化环氧树脂。

Wu等用活性溶剂(双烯丙基双酚A)将低分子量的亚胺热塑性塑料引入环氧树脂中，制得一种有韧性、易于注塑加工的树脂(因为所用的亚胺热塑性塑料虽然相对分子质量很低仍不能直接溶解在环氧单体中)。用这样的低分子量热塑性塑料得到易于加工的预聚物溶液，所研究体系的预聚物在90℃的粘度均小于1．0 Pa·S。但双烯丙基双酚A的存在降低了取和高温储能模量(E’)，加入亚胺热塑性塑料确实可以使这两个参数恢复一点。但不能完全恢复。用二苯酮四酸二酐(BTDA)和1，3-双(3-氨基苯氧基)苯(APB)合成的亚胺热塑性塑料改性环氧树脂所得结果最好：韧性提高220％，Tg为120℃，100 qC时E’为1．8×10’Pa。虽然双烯丙基双酚A使交联密度降低且可能使网络塑化，但韧性的提高并不是因其

存在，而是由于热塑性塑料与环氧树脂之间存在两相分离(虽然透射电镜不能观察到，但所形成的固化树脂不透明)。

梳型芳香酰亚胺齐聚物改性环氧树脂与线型芳香酰亚胺齐聚物改性环氧树脂相比有以下优点：与相同分子量的线型酰亚胺齐聚物相比，梳型分子随分子量的增加不会显著增加预聚物的粘度，因为支链分子量低和主链周围的空间位阻使分子链相互缠结的可能性减小；支链热塑性塑料具有更多的官能团使其能更有效地被固定于基体树脂中。这样与具有相同结构的线型热塑性塑料相比，更能有效地增加热固性树脂的韧性。Gopala等用梳型芳香酰亚胺齐聚物改性环氧树脂，这种改性环氧树脂断裂强度增加很多(133％)，并且具有很好的加工性能。除了加30％反应性齐聚物的环氧树脂以外(粘度为2．0 Pa·S，仍在注塑处理工艺粘度范围内)所有预聚物的粘度都小于1．0 Pa·S。当梳型热塑性齐聚物的添加量为13％时不会导致环氧热固性树脂的玻璃化温度(Tg)和储能模量(E’)降低。4 结语

环氧一亚胺树脂是提高环氧树脂性能的有效途径之一。但如何使环氧一亚胺树脂的耐热性和韧性等性能同时得到提高以及如何在保持工艺性的同时保持价格低廉都是值得研究的课题。另外，如何控制改性树脂的相结构使其性能进一步得到提高也值得研究。随着研究的深入，综合性能优异的环氧一亚胺树脂将不断产生，他们在航空航天、电子电气等领域的应用也将更加广泛。

第四篇：淀粉基泡沫材料的研究进展

淀粉基泡沫材料的研究进展

随着聚合物工业发展，其所导致的环境污染引起 了人们对聚合物废弃物处理问题的关注。泡沫塑料密度小、体积大、不便于集中和运输，而且本身化学性质稳定，具有耐老化、抗腐蚀等特点，日益增长的泡沫塑料垃圾对生态系统的威胁越来越大，引起 了严 重的 “白色污染 ”，世 界上许 多 国家均已立法禁止生产难降解的泡沫塑料产品”。近年来我国泡沫塑料产量每年以约 10％的速度增加。据估算，我国仅电视机用泡沫包装材料每年废弃量就达1．5万t。此外，随着关税壁垒的逐渐弱化，国产商品的出口开始受到“绿色贸易壁 垒”的 困扰。在 这些 “绿 色贸易 壁 垒”中，由于我国的包装材料不合格而被拒之在他 国门外的占相当大的一部分。因此开发并应用具有良好环境相容性的“绿色环保缓冲材料”已成为 21世纪的必然趋势。

淀粉是绿色植物光合作用的最终产物，是生物合成的最丰富的可再生资源，具有品种多、价格便宜等特点。此外，淀粉还具有挤出膨胀性 能和抗静 电作 用，可 以用于包 装运输等领域。淀粉易受微生物侵蚀，具有优 良的生物降解性能。因此，开发淀粉基可降解泡沫塑料不仅为更好地利用丰富的天然资源开辟了一条新的途径，而且还可以解决“白色污染”，给我们现有的生活环境和可持续发展提供良好的“沃土”，另外还能缓解生化能源紧缺的危机。笔者现就国内外淀粉基可降解泡沫塑料的成型方法作一综述，以期为进一步开展绿色缓冲材料的研究提供指导。

1天然淀粉泡沫塑料

天然淀粉包括玉米淀粉,土豆淀粉，小麦淀粉，蜡质玉米淀粉，高度支化土豆淀粉，木薯淀粉以及西米淀粉等[1,2]。一般呈粒状，含有不同比例的直链和支链结构。普通淀粉泡沫塑料大都是开孔结构，泡孔均匀性差，较脆； 而高直链淀粉泡沫塑料则形成闭孔结构，泡孔小而且比较均匀，压缩强度较普通淀粉泡沫塑料小,脆性明显降低。

2变性淀粉泡沫塑料

淀粉是一种强极性的结晶性物质，热塑性差，同时淀粉是亲水生物质，由纯淀粉制备的泡沫塑料不适宜在有水或湿度较大的环境中使用，因而 要对淀粉进行改性，以适应生产和应用的要求。改性淀粉包括酯化淀粉，醚化淀粉,接枝共聚改性淀粉，酸水解淀粉，交联淀粉和酶转化淀粉等[3],其中酯化淀粉，醚化淀粉和接枝共聚改性淀粉较为常见。

3淀粉/合成树膳复合泡沫塑料.1与合成树脂共混

B.Ca rla[4] 等 均 各淀粉与聚合物共混挤出，其中包括聚合物A 可以与淀粉兼容； B 可以与淀粉反应，制得密度为5-1 3 k g/mol的泡沫塑料。A.Y o s h i m i等[5],用淀粉与合成树脂PVA 和E V O H 共混，在非离子表面活性剂，增稠剂及填充材料的存在下，由水发泡制备的淀粉泡沫塑料，具有密度小和表面性能优良等特点。3.2 与PVA 共混

R.L.Shogzen 等[6] 研究 了由淀粉／P V A共混烘焙制备泡沫塑料 的工艺，结果表明，在较低湿度时，8 8 ％ 醇解的 P V A强 度的提高较大，而在湿度较高时，9 8 ％ 醇解的P V A 较大弯曲强度[P V A 的 分子量的提高而增大； 交联剂的加入可以进一步提高耐水性I 微观结构分析发现，膨胀的淀粉颗粒镶嵌在P V A 中，淀粉在烘焙过程中发生凝胶化，P V A 向更高程度的结晶转变。.3与EVOH 共混

J．Y．Chat1等[7]研究了挤出温度及原料湿含量对淀粉基泡沫塑料物理 性能的影响，组分为4 9 ％ 的小麦或玉米淀粉，3 3％ E VOH，1 0.5％ 水，7 ％发泡剂及0.5％的成核剂，由单螺杆挤出，螺杆转速为1 0 0 r mp。结果表明，体积密度随挤出温度的升高而降低，最大膨胀出现140℃，密度是聚苯乙烯的4 — 8 倍。

3.4 与商业化生物降材料共混

Q i F a ngI等[8]用普通(含直链2 5 ％)玉米淀粉和蜡质玉米淀粉与E a s tarBioCopolyeste 14766(E B C)以各种 比例相混合，双螺杆挤出。研究表明，普通玉米淀粉的水溶性指数低于蜡质玉米淀粉，但两种淀粉制得的泡沫塑料具有相似的机械性能； 含EBC10％ 的泡沫塑料的 压缩强度大于含EBC 25％ 的 压 缩强度； 含水19％ 和22％的泡沫制品膨胀率大于含水25％的泡沫制品，含水22％的泡沫制品具有较低的水溶性指数。

4、淀粉基泡沫塑料的成型 挤出发泡

20世纪 80年代末，人们开始利用挤出发泡成型工艺制备淀粉基泡沫塑料，以代替聚苯乙烯(Ps)作松散填充物。其中加工条件、淀粉组成、发泡剂、含水量等对淀粉在挤出机中的发泡行为有很大影响。R．Chinnaswamy等[9] 指出几乎所有的最大膨胀都出现在直链淀粉质量分数为 50％的淀粉中。J．Y．Cha等 发现淀粉基泡沫塑料的性能与发泡时淀粉的含水量及挤出条件有很大关系。V．D．Miladinov等[10]用乙酞化淀粉为原料制备泡沫塑料时发现，成型温度为 120~C时比 160℃ 时所得制 品的弹性 和吸水性 指数低，而压缩 强度 和密度则较大。V．D．Miladinov等[11] 还发现以乙醇为塑化剂和发泡剂挤出发泡乙酞化淀粉时，所得制品的密度较低，弹性指数较高。B．Sandeep等[12] 以淀粉与 Ps及聚甲基丙烯酸 甲酯共混挤 出制得松 散填充 物。结 果发 现，除 密度外，填充物的性能与商业化的同类产品相似。G.M．Ganjyal等[13] 将玉米茎纤 维素填充 到经 乙酰化而具有热塑性质的玉米淀粉中挤 出发泡，发现纤 维素在低含量时能显著提高泡沫塑料的物理性能，但当纤维素质量分数超过 10％时，泡沫塑料的发泡倍率开始降低，密度增加。GuanJunjie等[14] 用双螺杆挤出机挤出淀粉和乙酸淀粉共混物制得了具有高发泡倍率、高可压缩性和低吸水性等特性的发泡材 料。QiFang等[15] 发现聚乳酸(PLA)的加入明显提高了规整淀粉(含 25％直链淀粉)和蜡质淀粉挤出发泡产品的物理力学性能。增加 PLA的含量，泡沫的发泡倍率和弹性指数增加，其密度和可压缩性降低，但对水溶性没有影响。QiFang等 还利用取代度为 1．78的 乙酸淀 粉和 聚 四亚 甲基 一己二酸 一对苯二酸酯(EBC)挤出得到可生物降解的泡沫塑料，利用红外光谱分析、差示扫描量热分析和扫描电子显微镜表征泡沫的化学结构、热性能及微孔结构。结果表明，EBC含量较低时两种组分具有较强的可混合性，并且具有较高的发泡倍率、弹性指数，较低的密度及可压缩性。EBC含量的增加能降低泡沫塑料的生物降解性。超临界流体挤出发泡

超临界流体挤出发泡是一种新近发展起来的新方法，可以应用于生产淀粉基泡沫塑料。该方法通过向熔体中注入超临界 CO 以形 成微孔结构。G．M．Glenn等[16] 采用 以下两种方式来改善发泡状态：①提高成核率从而提高泡孔的密度；②降低熔体温度。其中方法①通过降低挤出口模直径以提高淀粉／CO：流经挤出口模时的压力 ；而方法②主要是通过引入冷却装置而达到要求。研究表明，当挤出口模直径从 3mm降低到 1．5mm时，泡孔密度增加了4倍。泡孔密度的增加能在较大程度上阻止 CO：逃逸到环境中去，并使发泡倍率提高了 160％。当熔体温度从 60~C降低到40℃时，泡沫的发泡倍率增加了34％。N．Soykeabkaew[17]等” 运用超临界流体挤 出法获得 了泡孔直径为 50—200nm的泡沫，泡孔密 度为 1×10个/cm3利用超临界流体挤出所得淀粉基泡沫塑料的泡孔大小和发泡倍率主要受原料和成型]_艺参数等的影响。超临界CO，作为发泡剂具有表面张力小、类似液体的溶解度和类似气体的扩散系数、易在淀粉熔体中迅速溶解等一系列优点。在气体与淀粉熔体问扩散、混合形成均相体系的过程中，由于螺杆挤出的作用从大的气泡逐渐破裂成小的气泡，气体与淀粉熔体经不断的混合、对流和扩散最终形成均相体系。从加工工艺看，压力、温度和发泡剂浓度也是影响淀粉熔体发泡成型的重要因素。

在发泡过程中，饱和压力高和环境 压力 低造 成了活化 能垒 低，从而 成核率高，易于形成 高密度泡孔。另外，温度对泡孑L密度的影响与气体浓度变化有关，随着温度升高，气体的溶解度降低，使得泡孑L密度降低。但淀粉熔体在高温下粘度降低，对泡孑L长大的阻力减小，因此在较 高的温度 下泡孑L更大，泡孑L密度更低。3 烘培发泡

淀粉的烘焙发泡成型工艺是指将淀粉与发泡剂及其它助剂的混合物在烘焙模型中加热发泡的成型方法。此过程一 般需加入硬脂酸、瓜尔胶等脱模剂，使制品易于脱模。同样，淀粉的组成及加工条件对淀粉烘培发泡成型也有很大影响。J．W．Lawton等 认 为高直链 淀粉具 有最短 的烘焙 时间并能制得密度相对 较低的泡沫塑料。P.Dujdao等[18]将淀粉与聚己内酯(PCL)共混物通过烘焙发泡制得共混物泡沫。PCL的加入增加了泡沫的拉伸强度、断裂伸长率、抗吸水性及生物降解性。P．Dujdao等[19]还研究了淀粉／PLA混合 物与 相关 添IIII的烘 培发 泡 条件，认为相对湿度、保存时间、PLA含量及增塑剂的种类和含量对所制得的泡沫的吸水性、力学性能和酶降解性都有很大的影响。用纯淀 粉生产 的泡 沫塑料 具有 易脆 和低力学 性能 的特点。J．Shey等[20]利用烘焙 发泡 工艺生产 出纤维增 强的谷物和块茎淀粉低密度泡沫塑料，具有和商 业用食 品容器一 样 的弯曲性能。N．Soykeabkaew等[21]认为 5％ ～10％的黄麻或亚麻纤维素的加入均能显著提高淀粉基烘培发泡泡沫塑料的弯曲强度和弯曲弹性模量。研究表明，淀粉基泡沫塑料力学性能的大幅度提高主要归功于纤维和淀粉的强相互作用。R．L．Shogren等[22]的研究表明，添加 5％ ～10％的纤维就能制备较高强度的泡沫塑料，尤其在湿度较高及温度较低时。另外，随着纤维用量增大，烘焙时间增加使得泄沫塑料 的粘度及耐膨胀率增大。4 模压发泡

G．M．Glenn等[23] 研究 了一种加 压／放气 模压发 泡成 型工艺，具体流程为：将淀粉原料在一定条件下置于铝制模具中加热到 230~C，并在 3．5MPa压力下压缩 10s，然后释放压力，气体溢出使淀粉膨胀并填满模具。结果表明，小麦、玉米和土豆淀粉在含水量分别为 17％、17％和 14％时所得制品的某些物理力学性能与商业化食品包装产 品相似，外貌与PS相似。G．M，Glenn等[24]研究了一次性在制品表面形成包覆膜的模压发泡成型方法。此工艺是将原料放于两层聚氯乙烯薄膜之间，然后在 160~C模压成型。结果表明，该制品与未包覆膜的制品相比，具有较高的密度、拉伸强度、断裂伸长率和弯曲强度。同时，制品的耐水性也有很大提高。上述方法中，挤出发泡研究最早，工艺已经成熟；超临界流体挤 出发泡是 目前研究的热点和前沿，可以提高发泡倍率 ；烘焙发泡与挤出发泡只能生产条状和片状的淀粉基泡沫塑料；而模压发泡得到的材料的表面层具有较高密度，内部则具有较高空隙率，可以用来制备形状较为复杂的缓冲发泡材料。

5、结语

近年来，淀粉作为一种比较理想的原材料，在发泡材料领域已经开始被人们重视。采用纯天然材料淀粉及农作物秸秆制备绿色泡沫塑料，是制备 Ps等泡沫塑料的理想的代替品。相信在不久的将来，随着发泡技术的成熟，完全降解的淀粉基泡沫塑料制品将在塑料应用中占有一席之地，为缓减环境污染和发展农村经济做出应有的贡献。今后淀粉基泡沫塑料 的研究工作主要是解决如下几个方 面的问题 ：

(1)设计新的成型工艺，生产预期板状和块状淀粉基泡沫塑料，替代电器和仪表包装中大量使用的 Ps泡沫塑料。

(2)开发完全生物降解的淀粉基泡沫塑料。目前淀粉基泡沫塑料依然含有大量的难以降解的 Ps等原料，有的甚至含量达 70％以上。我国秸秆资源丰富，且大部分都作为燃料烧掉了。可以在淀粉里适当添加秸秆、木粉等原料来制备完全降解泡沫塑料。

(3)进一步研究淀粉的发泡和流变机理，改善淀粉的流变性能，制 备性 能更优的泡沫塑料。

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第五篇：聚合物基纳米复合材料研究进展

聚合物基纳米复合材料研究进展

摘要: 针对聚合物基纳米复合材料的某些热点和重点问题进行了总结和评述，并讨论了碳纳米管、石墨烯及纳米增强界面等以增强为主的纳米复合材料的研究状况和存在的问题；系统地评述了纳米纸复合材料、光电纳米功能复合材料以及纳米智能复合材料等以改善功能的纳米功能复合材料的研究动态。关键词 : 复合材料；纳米材料；聚合物；功能材料 引言

复合材料作为材料大家族中的重要一员，已经深入到人类社会的各个领域，为社会经济与现代科技的发展作出了重要贡献。复合材料科学与技术的发展经历了从天然复合材料到人工复合材料的历程，而人工复合材料的诞生更是材料科学与技术发展中具有里程碑意义的成就。20 世纪 50 年代以玻璃纤维增强树脂的复合材料(玻璃钢)和 20 世纪 70 年代以碳纤维增强树脂的复合材料(先进复合材料)是两代具有代表性的复合材料。这两代材料首先在航空航天和国防领域得到青睐和应用，后来逐渐扩大到体育休闲、土木建筑、基础设施、现代交通、海洋工程和能源等诸多领域，使得复合材料的需求越来越强烈，作用越来越显著，应用领域越来越广泛，用量也越来越多，而相应的复合材料科学与技术也在不断地丰富和发展。随着纳米技术的出现和不断发展，纳米复合材料已经凸显了很多优异的性能，从一定意义上有力地推进了新一代高性能复合材料的发展。纳米化与复合化已经成为新材料研发和推动新材料进步的重要手段和发展方向。

纳米复合材料是指以树脂、橡胶、陶瓷和金属等基体为连续相，以纳米尺寸的颗粒、纤维、纳米管等为分散相，通过合适和特殊的制备工艺将纳米相均匀地分散在基体材料中，具有特殊性能的新型复合材料。本研究的重点是讨论聚合物基纳米复合材料的研究概况，系统介绍利用碳纳米管、石墨烯、碳纳米纸、纳米界面改性等提升和改善复合材料力学性能及物理性能的机理与作用。1 纳米增强复合材料

纳米复合材料的性能依据其基体材料和纳米增强相种类的不同而差异巨大，因此提高力学性能是纳米复合材料研究领域中最具代表性的研究工作之一。纳米相对聚合物基体的力学性能改性主要包括强度、模量、形变能力、疲劳、松弛、蠕变、动态热机械性能等。1.1 碳纳米管纳米复合材料

碳纳米管是由碳原子形成的石墨片层卷成的无缝、中空管体，可依据石墨片层的数量分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。由于纳米中空管及螺旋度共同作用，碳纳米管具有极高的强度和理想的弹性，其弹性模量甚至可达1.3 TPa，与金刚石相当(约 1.8 TPa)[1]。如何使碳纳米管的优异性能在复合材料中充分体现发挥已成为新的研究热点。自由悬空条件下单壁碳纳米管的拉伸强度(45±7)GPa，是高强钢的 20 倍[2]。由于碳纳米管具有很好的柔韧性，其最大的弯曲角度超过 110◦，因此被认为是理想的聚合物复合材料的增强填料[3]。

目前，碳纳米管/聚合物复合材料的制备方法主要有溶液共混法、固相加热共融法和原位聚合法等。这些制备方法面临的主要技术难点是纳米管的分散性、稳定性与取向问题，以及碳纳米管之间的团聚和滑移使碳纳米管不能起到有效的增强作用。增加表面活性剂可以起到分散和增塑的效果，如 Gong 等[4]的研究表明加入表面活性剂后，添加质量分数为 1% 的碳纳米管可使聚合物的玻璃化温度从 63 ◦C 提高到 88 ◦C，弹性模量增加 30%。采用“roping andwrapping”方法分MWNTs，可以使得最终溶液稳定数月[5]。通过机械拉伸的方法可获得线性取向的纳米复合材料。Andrews 等[6]将质量分为 5% 的 SWCNTs 散到各向同性的沥青中，制备出碳纳米管线性取向的沥青基碳纤维，与未添加碳纳米管的沥青碳纤维相比，其拉伸强度增加了 90%，弹性模量提高了 150%，电导率提高了 340%，这为设计和制备硬度高且柔软的碳纤维提供了一个新的方法。1.2 石墨烯纳米复合材料

石墨烯是一种只有单原子层厚度的二维碳纳米材料。2004 年，英国曼彻斯特大学的Novoselov 等[7]采用胶带反复粘贴剥离石墨的方法，首次获得了完美的单层石墨烯。石墨烯本身拥有优异的电性能、力学性能和热性能，如其杨氏模量和断裂强度分别高达 1 100 和125 GPa[8]。单层石墨烯的出现在纳米材料领域掀起了轩然大波，也因此带动了树脂基纳米复合材料的快速发展。

相比于其他维度的碳纳米材料，高模量石墨烯的加入可以显著改善树脂基体的弹性模量。已有研究发现，添加质量分数为 0.1% 的石墨烯能够使环氧树脂弹性模量提高约 31%[9]；对于石墨烯质量分数为 0.25% 的硅酮泡沫塑料其模量提高200%[10]。石墨烯的填充也能够明显改善聚合物基体韧性[9，,11-15]。0.1% 的石墨烯可使环氧树脂的临界应力强度因子提高约 53%，优于MWCNTs 和 SWCNTs，这与石墨烯较高的比表面积以及石墨烯在还原过程中表面形成的旋涡和褶皱结构有关。Ramanathan 等[16]证实，石墨烯表面的旋涡和褶皱结构可以提高其粗糙度，有效改善石墨烯与聚合物链段之间的机械咬合效应及附着力，从而大幅提高材料的力学性能。

目前，大量制备石墨烯复合材料还存在很大的技术难度，石墨烯碳结构的完整性使其与树脂基体之间的浸润难以实现，这大大制约了石墨烯在树脂基复合材料领域的发展，降低了复合材料的最终性能。石墨烯的团聚严重制约了复合材料力学性能的改善，因为石墨烯与基体间的界面结合较差会导致二者之间发生脱粘，使应力得不到有效传递。1.3 纳米线增强复合材料

碳纳米管具有优异的力、热、电等功能特性，如何在宏观尺度上充分发挥和利用碳纳米管的优异性能是近年来相关研究的主要热点之一。碳纳米管宏观聚集体主要包括碳纳米管线、碳纳米管薄膜、碳纳米管纸、碳纳米管阵列等。

宏观碳纳米管聚集体中，一维碳纳米管纤维可以充分利用碳纳米管优异的轴向力学性能。2000 年 Brigitte等[17]首次利用凝聚的方法，通过碳纳米管的自组装制备出了较长的纳米带和纳米纤维，碳纳米管纤维的拉伸强度和杨氏模量可分别达到 300 MPa 和 40 GPa。当碳纳米管在苯乙烯树脂基体中任意分布时，其复合材料弹性模量的增长率为 10%，而定向分布的碳纳米管增强复合材料的弹性模量提高了 50%。拉伸测试结果证明，定向 MWCNTs 复合材料的拉伸强度和模量分别提高为其基体材料的 237% 和 149%[18]。

目前，多种物理化学方法可用来定向和制备长碳纳米管纤维。Ericson 等[19]将SWCNTs 分散在体积百分比为 102% 的浓硫酸中，使得碳纳米管的表面带有电荷，并在电荷的作用下使碳纳米管排成有序的阵列。将这种溶解的液晶溶液纺丝后浸在无水乙醇与 5% 硫酸的混合液或水中形成凝结溶液，可以制备出直径约为50 µm，长度约为 30 m 或更长的纯净的碳纳米管纤维。纯净的碳纳米管纤维的杨氏模量为 120 GPa，拉伸强度约为 116 MPa。Davis等[20]报道了一种在没有强酸存在的条件下制备 MWCNTs 纤维的方法： 首先将碳纳米管分散在乙二醇中形成液晶分散液，然后将其注射到乙醚浴中；分散液中的乙二醇会迅速地溶解到乙醚中，反之乙醚扩散到碳纳米管纤维中； 将浸有乙醚的碳纳米管纤维加热到280 ◦C，除去多余的乙二醇，得到了 MWCNTs 纤维。文献 [21] 报道的类弹簧结构的碳纳米管纤维呈现出了优异性能。这种螺旋结构极大地提高了拉伸时断裂的应变，其应变高达 285%。随着应变的增加，螺旋逐渐打开，直至断裂，自由状态下的形貌呈现为弯曲的直丝。基于如此高的拉伸应变，其韧度高达 28.7 J/g，是已有报道结果(14 J/g)的 2 倍。值得一提的是，“麻花”纤维断裂行为分成两次断裂，并且具有良好的弹性，显示出超高的拉伸应变(高达 985%)，并且拉伸过程可以重复。将这种结构的纺丝制备成旋转制动器，其转速可达 900 r/min，可以循环使用，旋转解开的丝可以再次形成乱码结构[22-23]。纳米功能复合材料

纳米相的引入可以极大地改性基体材料的物理和化学结构，从而极大地改变纳米复合材料的各种功能特性，使材料的热、光、电、磁等性能差异巨大。这些光、电、磁方面的奇异性能 和应用引起了各国学者的高度重视。比如在纳米相尺寸小于 5 nm 时，它可有效加速聚合物基体材料的催化速度； 小于 20 nm 时，对基体材料的磁学性能产生影响； 小于 50 nm 时，会影响反射系数；而小于100 nm对基体材料的机械强度和阻尼特性会产生决定性作用[24]。2.1 碳纳米纸及其复合材料

碳纳米纸最早由诺贝尔奖获得者 Smaley 提出，命名为 buckypaper，是由碳纳米管组成的具有微观空隙的准二维薄膜材料。碳纳米纸不仅继承了碳纳米管优异的性能，如导电、导热、耐高温等，同时具有巨大的比表面积及大量的微观空隙，可以用作电池、超级电容器的电极材料、场发射材料、催化剂载体材料等，还可用于改善复合材料的力学及导电、电加热、电磁屏蔽、导热等功能。实验结果表明，当碳纳米管的质量分数达到 8.13% 时，二维碳纳米管膜增强复合材料的杨氏模量和强度较其基体材料分别增了 347% 和 145%。这是由于二维纳米薄膜中的每一个碳纳米管都起着承载作用，可有效地分散复合材料的外力载荷，从而提高其力学性能[25]。美国佛罗里达州立大学的 Gou 等[26-27]通过物理气相沉积技术制备 SWCNTs 纳米纸，并与环氧树脂合成复合材料，其储存模量增加了 200%∼250%。美国Pham 等[28-29] 对 buckypaper 及其复合材料的制备工艺及其性能等方面进行了深入研究。将碳纳米管溶解在水中配制成分散均匀的碳纳米管悬浮水溶液，通过负压抽滤的方法将碳纳米管沉积在过滤膜上，干燥后形成碳纳米纸。并在制备过程中同时对其施加高强磁，使得碳纳米纸中的碳纳米管沿外磁场方向产生取向，从而提高了取向方向上的性能。以环氧树脂为基体制备的导电纳米复合材料，其电阻率为 36.7×10−3 Ω·cm，在防雷击和阻燃等方面有很好的应用前景[30-32]。将碳纳米纸作为导电功能层加入复合材料中，可提高复合材料导电性。同时，由于碳纳米纸为多孔性微观结构，树脂可以进入碳纳米纸中，使得碳纳米纸与复合材料有很好的粘结界面性能[33-34]。Chu 等[35-37]利用碳纳米纸及其复合材料电加热来除冰和驱动形状记忆聚合物材料。2.2 光电纳米复合材料

碳纳米管不仅具有优异的力学性能，而且还具有很多优异的物化性能和独特的光电性能。将少量的碳纳米管掺入到共轭发光聚合物中，可使碳纳米管/聚合物的电导率提高 8 个数量级，用较小的电流密度就可使之发出荧光。碳纳米管能防止由光学和电学作用产生的大量热聚集，用碳纳米管复合材料制成的有机光二极管发射层具有很好的电致发光性能，而且制成的场致发光显示器的稳定性比原聚合物提高了 5 倍以上。用碳纳米管取代传统氧化铟锡导电薄膜，作为聚合物太阳能电池中的透明电极，具有良好的透光性、化学稳定性和柔韧性。随着碳纳米管制造成本的逐渐降低，碳纳米管已实现大规模制备。

有关碳纳米管/半导体纳米复合材料的研究与发展正成为相关研究领域的重要研究内容和方向之一，可以预见其在光电器件、太阳能有效利用及环境净化等方面的应用具有广泛前景和较高价值。2.3 磁性纳米复合材料

纳米磁性颗粒在复合材料中的形式主要包括 4 类: ①任意分散纳米磁性颗粒类的复合材料；②纳米磁性颗粒果核类的复合材料；③有序分散纳米磁性颗粒类的复合材料；④蛋黄-蛋壳类复合材料。磁性纳米复合材料是伴随着磁性纳米材料的发展而发展的，而传统的铁基磁性纳米材料往往聚集成大的集合体，从而不具有独立的纳米磁性颗粒所具备的独特性能，因此对于该材料的应用，首先需解决的问题是实现其不可逆的纳米材料分散。在此研究基础上，对磁性纳米材料进行表面修饰时增加 SiO2 官能团，可制备出果核型、蛋黄-蛋壳型等新型磁性纳米材料。

对磁性硅纳米复合材料作为药物和基因载体的研究工作已经取得了较大的进展。Liu 等[38]报道了一种多功能磁性纳米复合材料，可同时提供两类模型的影像，对磁场成像及其光度都有显著的提升作用，这是因为磁性纳米颗粒较大的比表面积放大了成像目标。随着磁性纳米复合材料的快速发展，其在生物酶输运、细胞吸附和肽分离等医学领域都取得了举世瞩目的科研成绩。

在水处理领域，利用具有巯基、硫醚基、氨基等官能团的聚合物可去除有毒的金属离子,而通过纳米磁性颗粒复合成有机聚合物纳米复合材料，可以提升对毒性金属离子的吸附能力和选择识别能力。Cuo 等[39]研究发现，当通过磁性纳米颗粒与硫醚基有机聚合物制备果核型纳米复合材料时，其对金属 Hg2+的选择吸附能力可得到显著提升，并且其吸附能力可达21 mg/g。从而在磁场作用下, Hg2+ 随着磁性纳米复合材料与水分离，使其质量浓度得以降低。在催化化工领域，类似的磁性分离技术可用于分离催化剂及提高其耐久性。结 束 语

通过对部分纳米复合材料的分析与评述，可以看出低维化、纳米化与复合化是材料不断进步和实现性能革命性跃迁的重要技术途径。纳米复合材料面临着重要的发展机遇，但同时也存在着很多具有挑战性的科学与技术问题。纳米相的引入提高和改善了复合材料的力学性能和物理性能。纳米复合材料是目前复合材料研究、应用和发展的重要方向之一。纳米复合材料仍处于实验室和小批量生产阶段，但是随着需求的增加和纳米复合材料技术本身的发展，其工程化和产业化将不断推进，全球纳米复合材料市场的需求预计将以每年近20% 的速度增长。由于纳米相的引入，带来的主要问题如下: ① 纳米尺度材料的组织调控机理和性能演变的规律还呈现出明显的多尺度和多物理场特征，如何控制纳米相形态、尺寸和分布并定量分析其对纳米复合材料性能的影响极具难度，因此必须加强基础理论研究，以揭示机理并掌握规律；② 先进和科学的表征与测试手段需要进一步完善和发展，以实现从更微观的层面研究和表征纳米复合材料性能，并掌握其优越性能的本质； ③ 纳米复合材料的多功能特性涉及多个学科，因此必须关注纳米复合材料研究中的交叉学科和融合问题。参考文献

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