文摘
由于其独特的性质,包括粘附力强、高温电阻率,高绝缘性能和机械性能强,环氧树脂是最常用的材料为各种不同的应用程序,包括粘合剂、涂料的电子设备,在作为矩阵的强化复合材料纤维网络。提高它们的属性,不同的其他材料也插入他们的结构,使其复合材料;硅是其中之一。海洋设备腐蚀严重,造成的经济损失。为了克服这些问题,开发不同类型的涂层材料。综述,目前的方法对不同材料使用二氧化硅涂层环氧树脂纳米复合材料进行了多样性和当前后合成路线nanosilica环氧树脂复合材料的制备和增强的属性。
1。介绍
1909年Prileschajew首次开发环氧树脂。这些树脂单体低分子质量含环氧基团的结构。环氧环氧聚合物的基本单位是团体,也叫做环氧乙烷或环氧树脂, , , ,和代表芳基烷基组(图1)[1,2]。
这些树脂是多方面的原油材料工业产品包括从风车叶片到非常复杂的飞机机翼和机身等部分,以及建筑涂料和粘连。这些也在大量使用不同的仪器像所用的电子治愈粘连,微电子,发电机封装。这些更经常用于航空航天应用,作为汽车结构胶粘剂,为防止生锈,造船,正如上面提到的风车叶片。为了应对如此大的环氧树脂的应用,科学家们开发了一个巨大的范围的环氧树脂从少粘性密集,小型连锁大型连锁脂肪族,如己二醇缩水甘油醚(DGE)高性能、多元化携带芳香组树脂triglycidyl醚氨基酚和甲基苯胺(TGMDA) [3]。双酚A DGE的最商业化(DGEBA)低聚物树脂,当这种疗法和生产热固性长链聚合物,与硬化剂反应(4,5]。环氧树脂有两种主要类型,即。,non-glycidyl and glycidyl epoxies. Glycidyl amine, ester, and ether are the synonyms of glycidyl epoxy resins. Epoxy resins are not gylcidylated [6]。
热固性树脂,这是治愈其固化过程中使用不同的各种各样的化学物质。环氧树脂和固化化学品使用的特定组合决定了他们的质量。由于这些树脂的通用属性用于各种各样的应用程序包括纤维增强产品,一些一般性的粘合剂、涂料应用程序,这些应用程序是由于他们强大的机械性能和良好的热电阻率和化学变化(7- - - - - -13]。
几个环氧树脂配方中填料是必需的。填料增加力学性能如硬度、模量和硬度。但有时它有一个负面影响树脂的粘度,使它们适合不同的应用。此外,填料时由织物过滤掉包含填充的树脂产品暴露在注射对纤维增强复合材料制造技术。因此,许多活动,从填料的使用可能是有利的不符合标准μm衬垫,填料在透明的应用程序不能使用。
复合材料是由两个或两个以上的混合组件产生新事物有更好的品质。复合材料有吸引力的属性,如热稳定性、动态属性,和抗拉强度,使其非常适用于不同的应用程序。这些变化特性使它成为一个非常有用的材料在所有其他人。组件是宏观上的混合,不溶于另一个。矩阵相的成分,而强化阶段是另一个(14]。
基团的引入nanosphere进入市场是第一次在2002年和2003年完成。他们创建原位立即在环氧树脂改性溶胶-凝胶过程,平均粒度20海里,一个极其狭窄的粒径分散(3]。Odegard et al。15)的研究显示,这类粒子的分子模拟和大量骨料表面的羟基。工业产生的粒子表面涂层添加。羟基治疗应用硅烷防止聚合和呈现适合树脂颗粒。尽管如此,一些羟基,使粒子有点酸。牢记这一点是至关重要的,看着各种环氧树脂添加剂。工业材料平均大约20 nm大小分为球形颗粒作为环氧树脂过度,非常类似的模型。
他们提供许多好处,包括事实,因为他们是20 nm大小和完全单分散,他们只有一点点影响树脂粘度浓度更高。与气相法白炭黑,他们没有高度粘性属性和像牛顿液体。由于其体积小,他们甚至是透明的,可以很容易地进入拥有材料复合制造(15]。
因此,环氧树脂采用找到他们是一个非常吸引人的原材料。十年后,他们还被用于一系列的工业应用,包括包络树脂,密封胶,复合材料汽车和机械组件。他们提高强度、模量、硬度、韧性和抗划伤等属性。当环氧树脂处理nanosilica,显著提高疲劳性能报告。在本文中,我们将总结目前nano-SiO的合成2环氧树脂复合材料涂料(3]。
腐蚀和腐蚀预防的费用预计将占很大一部分西方世界的国民生产总值16]。腐蚀问题是巨大的平原现代社区的重要性,尽管这些数字的意义通常是有争议的。腐蚀会导致结构性失败对人与环境和灾难性的影响,在总结财务费用和技术overwaiting [17,18]。有机和无机涂料一直被用于保护金属防锈。生产高效防护涂料防腐原因在海洋和保护领域需要深入了解和理解两个组件之间的相互连接的涂料(19]。
在材料中,硅的环保效应作为阻燃材料开发中很重要尤其是在复合环氧树脂在复合材料。silicon-epoxy结构的树脂,硅醇乙醚连接,被认为是hydrolytically不稳定是由环氧氯丙烷反应di - polysilanol的钠盐。主要silicon-bearing环氧树脂是由两个方法。首先,执行氢化硅烷化反应引入硅氧烷的epoxy-containing一半。其次,酯交换缩水甘油和烷氧基的硅烷之间也可以通过冷凝端端环氧树脂的环氧氯丙烷,使树脂利用率为,即。、环氧树脂和有机硅树脂20.- - - - - -23]。
2。合成硅树脂的环氧树脂复合材料
2.1。Siloxane-Epoxy树脂
梅尔卡多et al。22固化环氧树脂用硅胶制作的准备;他们的有机结构如图2。固化环氧树脂有温和和高有限氧指数(缺失值。
刘等人准备一些新的silicon-fabricated脂肪族环氧树脂的应用,电子包装描述图3显示了它们的化学结构。这些准备的成果固化环氧树脂的热稳定性和机械强度被发现是突出。
公园等。21)准备DGEBA-Si、硅组成的环氧树脂混合DGEBA与二氯二苯基硅烷在三苯基膦为催化剂的存在。实验结果表明,固化环氧树脂有较低的准备和高机械强度比纯DGEBA环氧树脂。
王等人。12准备与热稳定性增加,抗拉强度和高搭接剪切环氧终止dioxide-containing硅树脂和固化环氧树脂。
本等人合成SiO2环氧树脂复合(如在图所示4)涂料加强SiO玄武岩纤维使用溶胶-凝胶方法2纳米颗粒制备、执行和修改使用偶联剂,有效地提高了玄武岩纤维的抗拉强度比纯环氧树脂(24]。
彭等人是环氧树脂的创始人通过亲核取代反应合成。他们用OH-Spiro-DFO diphenyldichlorosilane和环氧氯丙烷的合成DEPFS(二苯(9日9-di - (4 - (2, 3-epoxypropoxy)苯基)4,5-diazafluorenoxysilane)环氧树脂,如计划所示1。这是与双酚A环氧树脂(E-51)混合增强热固性混合的韧性和抗拉强度(25]。
程等人合成了临时工(三(3 4-epoxycyclohexylmethyloxy)苯基硅烷)这是一个tricycloaliphatic环氧树脂光固化阻燃涂料的目的。减少的起始3-cyclohexene-1-carboxaldehyde后跟phenyltrimethoxyl硅烷的反应tetraisopropoxide作为催化剂的存在,最终氧化的米-chloroperbenzoic酸(mCPBA)计划所示2。合成硅改性环氧树脂的混合了商业与改善导致阻燃性和分解温度(26]。
元等人准备vinyl-containing环氧树脂预聚物、乙烯基硅油终止,并通过氢化硅烷化反应hydrogen-containing硅油epoxy-containing硅橡胶的建设,如计划所示3,提高了抗拉、附着力和环氧树脂改性硅橡胶的热降解。
2.2。Nanosilica /环氧树脂复合材料
或纳米粒子表面改性的纤维和树脂变更增加组件焊接和粒子分散在树脂。这个研究涉及到装修nano-SiO的环氧树脂涂层和表面处理2粒子。
小华等人准备纳米硅dioxide-incorporated脂环族的环氧树脂3 4-epoxycyclohexylmethyl-3 ,4 - - - - - -环氧环己烷羧酸盐通过修改SiO的表面2使用γ-glycidyloxipropyltrimethoxysilane作为偶联剂(kh - 560)。导致产品显示增强韧性的脂环族的环氧树脂包括热稳定性和由于裂纹前缘的扰动,导致改变裂化的路径变化(27]。
Skachkove等人报道了二氧化硅和热阻滞性的环氧树脂纳米复合材料的固化过程diepoxide 3 4-epoxycyclohexylmethyl-3, 4-epoxycyclohexane羧酸盐和SiO2纳米粒子接枝和缩水甘油组显示高耐热涂料的目的,是依赖于纳米颗粒内容和固化剂(28]。
李等人准备nanoparticulate浸渍SiO2环氧树脂涂层碳钢。2 wt %的涂层nanoparticulate SiO2耐蚀性最高,这可能与生产有关的压缩和防水聚合物净覆盖物,它展示了优秀的耐离子和敌意中向内迁移扩散系数较低(29日]。
帮派SiO等人准备2/环氧复合增强环氧树脂的热力学性质使用三种不同的碳材料(代理)结合变量方面多元化nano-SiO长度2环氧树脂涂料,3 - [2 - (2-aminoethylamino) ethylamino] propyl-trimethoxysilane(水龙头),3 - [2 - (2-aminoethylamino) ethylamino] propyl-trimethoxysilane (kh - 550)和氨乙基)-aminopropyltrimethoxy。相对于一个无掺杂纳米级模型,表面贴装KH792 nano-SiO形式2显示最明显的热特性的改善。的增强了61 K,储能模量增加276 MPa。nano-SiO的力学特性2表面贴装kh - 792模型大约三倍的无掺杂纳米模型,和增加了36.5 K和传热效率24.5%,根据仿真结果30.]。
穆罕默德等人报道改进热、纳米机械和低碳钢基体耐磨性;SiO环氧配方为1%、3%和5%2纳米级。相比没有改变涂料、纳米机械特性硬度和弹性模量提高。涂层的耐磨性和热改善涂料的苏格兰民族党内容增加。涂料纳米5%浓度有最好的机械、热、磨损特性(31日]。
SiO Zelinlan等人准备2环氧树脂复合涂层的目的使用绿色化学,不使用任何有毒化学物质,和完全合成在一个烧杯使用原硅酸四乙酯和双(三甲基硅烷基)胺为起始材料,用于涂料,显示了较好的防水能力,机械稳定性,长期稳定,容易涂任何固体衬底(32]。
Sironmani等人研究了腐蚀和耐磨行为nanosilica环氧复合涂料准备采用溶胶-凝胶法。SiO的热稳定性2纳米颗粒优于环氧硅纳米复合材料,根据TGA / DTA研究。与二氧化硅微粒子相比,复合材料的玻璃化转变温度降低。Nano-SiO2结合涂料附着力最好穿,比micro-SiO抗划伤2集成的涂料。表明Nanosilica着色涂料耐磨性高出50%微粒硅色素系统(33]。
2.3。与其他纳米粒子Nanosilica /环氧复合材料
2.3.1。通过溶胶-凝胶方法合成
SiO Yunmin等人准备2通过长铁楔nanolayer BN溶胶-凝胶方法,进一步通过声波降解法环氧/ SiO做好准备2@BN纳米复合材料。结果表明,涂膜厚度或填充内容会减少增强战略对热传导的影响(34]。
Gazala等人创建了一个聚吡咯/ SiO2混合的化学氧化过程与FeCl吡咯3。的聚合物混合注入环氧树脂粉末涂料技术创建的涂料为温和的钢基板。PCs1 (1%)、PCs2 (2%)、PCs3(3%),和PCs4(4%)生成环氧树脂涂料在钢基板,而PCs1(1%)、电脑2(2%)、电脑3(3%),和电脑4(4.0%)与不同加载wt %的环氧树脂涂料聚合物复合(4%)(35]。
Chunli等人报道的合成铁2O3@SiO2纳米复合材料通过溶胶-凝胶法制备铁2O3通过共沉淀法合成纳米粒子使用teo SiO (tetraorthosilicate)2源,用于防腐活动,增强防腐活动(36]。
它也可以合成SiO2“网络盔甲”作为阻燃涂层通过水解,冷凝,交联衬底表面的teo纤维(溶胶-凝胶方法)。Totolin等人解决表面压力等离子体的应用程序(应用程序)高技术外套可生物降解材料。修改后的基板的阻燃性提高。强超声波洗不删除SiO2网络连接到基板,这表明这些涂料可能是有用的在软垫家具,衣服,和军事应用37]。
奥雷等人采用“原位”溶胶-凝胶方法准备biobased环氧/二氧化硅复合材料使用teo和aminopropyl triethoxysilane作为起始物料(摘要)。在两个步骤合成进行了;最初,进行了反应,2,5-bis [(oxyran-2-ylmethoxy)甲基]呋喃(BOMF)或DGEBA单体,生产硅纳米粒子在环氧树脂;最后,两个系统是治愈和甲基酐(MNA) [38]。
2.3.2。除了溶胶-凝胶法合成方法
科晶等人所描述的合成二氧化硅表面的石墨烯nanoplates改善环氧树脂的强化和硬度。实验结果表明,该准备的材料相比具有较高的加强和机械e5ffect含有填料。特殊结构和restrengthening研究石墨烯和二氧化硅浓度降低了力量,使传播方式更加困难,提供更多的负载是归因于的化学键交联环氧树脂和石墨烯/ SiO2和SiO的大小2图中所示5(39]。
荸荠等人生产胶粘剂(EP)增强多层碳纳米管和nano-SiO2粒子(热合)。nano-SiO的影响2和碳管在环氧树脂复合材料的拉伸模量以及加强流程进行了研究。结果表明,环氧树脂复合材料的力学性能有显著提高。复合材料由nano-SiO2/碳管/ EP展示最好的机械性能。由于nano-SiO的协同达到并保持竞争优势2和热合EP,可以减少应力集中的程度,可以吸收更多的能量。这些机制包括塑料微粒位移效应,作用,他们的分歧影响,热合的EP的爆震效应矩阵(40]。
一个原子氧(AO) nano-SiO暴露实验研究2粒子满心的玻璃纤维/聚酰胺复合地基原子氧效应模拟设施的一部分,鑫的AO阻力特性的研究来提高航天器树脂基复合材料。这部小说的AO电阻复合明显增强,而质量损失和侵蚀率显著降低。它表明注入这些纳米粒子与树脂的一个好方法提高复合的AO阻力。40小时后暴露实验中,玻璃纤维/ SiO的侵蚀率2/聚酰亚胺降至16.4% (41]。
伊莲娜等人开发的硬化剂,双酚A DGE、SiO2纳米复合材料的表面与粘结剂3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane多元化。未经改装的纳米颗粒混合在一个环氧树脂和治愈5 0.5 phr使用保利(oxypropylene)二胺(每百部分树脂部分)。epoxy-amine nanofiller没有影响矩阵的固化过程,网络形状,或衰变机制,但它确实增加混合材料的机械强度,特别是杨氏模量和硬度。只有0.38%的未改性粒子仍热恶化后,导致更渣,杨氏模量增加30%,强度增加了40%,以及改善韧性和减少压缩蠕变,常常没有负面影响增强材料的脆性。增加纤维含量导致损失的几个特征由于集聚形成的增加(42]。
玄武岩片(BFs)最近成为海事部门作为一个受欢迎的独一无二的防腐物质防止金属基体腐蚀在这项研究中,利用1 - 7 nano-SiO BFs改变2纳米粒子,它成功地产生了改变了BF环氧树脂涂层。根据实验结果,男朋友环氧树脂涂料和三个nano-SiO修改2纳米颗粒具有良好的力学性能,有限的水渗透(吸水率0.72%,480小时),和优越的化学韧性(碱性液表面降低体重的2.2%,但只有1.1%的酸溶液后480小时)(抗拉强度约为33.4 MPa)。采用nano-SiO的可获得2微球提高高炉环氧树脂涂料的化学和力学特性是在这项工作43]。
在等。金属氧化物半导体2创建nanosheets改变SiO2纳米粒子制造SiO2金属氧化物半导体2基本的纳米材料的说法nanofillers,改善腐蚀保护和油基环氧基体的力学性能。研究结果显示,金属氧化物半导体2nanosheets涂布SiO2纳米粒子。此外,金属氧化物半导体2nanosheets可能用作SiO2补强剂加强环氧和SiO之间的接触面积2纳米颗粒,从而提高环氧树脂防腐和机械品质同时,描绘在图6(44]。
Yapang等人报道SiO的准备2环氧树脂和SiO2玻璃纤维环氧树脂纳米复合材料,使用作为偶联剂kh - 560的合成纳米级SiO2加热和环氧树脂的消息- 128在120°C减少消息- 128环氧树脂的粘度,然后均质和硬化剂的经纪人补充道。结果表明,做好准备材料具有较高的抗拉强度、拉伸模量和冲击强度45]。
Dahao等人研究了有限元的结合3O4和SiO2纳米粒子在环氧改性有机硅树脂的无机混合SiO等三种不同类型的组合2分散、铁磁铁2O4分散,同时分散,纳米颗粒被使用共沉淀法合成。据报道,二氧化硅同质的分散但ferromagnetic-caused聚集,两类型,同时还具有良好的分散粒子没有太多损失(46]。
Jieyuan等人用eugenol-based nano-SiO环氧硅烷偶联剂2环氧树脂纳米复合材料在一个可持续和生态友好的方法。计划4显示了氢化硅烷化方法用于制造eugenol-based有机硅偶联剂。研究者发现使用丁香酚胶硅烷配对剂与化学组成的长链苯环改善硅和环氧树脂填料适宜性导致良好的不同位置的矩阵,从而提高epoxy-cured产品的性能改进(47]。
Harikrishnan等人详细如何使用biobased埃洛石纳米管(HNTs)饱和环氧树脂真空渗透,与紫外线和二氧化硅纳米粒子改性催化剂通过简单的混合创造一个自我修复这三个组成的覆盖材料。都与纯环氧树脂胶biobased材料制成的混合然后硬化(48]。
Jiayao等人发现通过涂层聚碳酸酯(PC)基质与丙酮溶液含有环氧树脂和含氟硅(F-SiO2纳米晶体,新颖的超疏水涂层附着力显著。超疏水F-SiO2/环氧树脂涂料坚持PC材料的表面高度的可靠性结果PC基板的剥离和结晶过程引起的丙酮。(49]
3所示。环氧树脂涂层的应用硅氧烷和二氧化硅
聚硅氧烷涂料有更好的光泽和颜色保留比典型的有机粘结剂,但他们有低机械品质。增加耐用性有机碳基结构相比可以部分解释为通过比较硅氧烷和典型有机粘结剂的化学性质。有机粘结剂相比,碳碳粘附360焦每摩尔,聚硅氧烷绑定硅氧强度发展443焦每摩尔的50]。
此外,硅氧烷涂料已经氧化,防止未来的氧化。有机金属或化学物质与聚硅氧烷反应的组织通常用于催化聚硅氧烷涂料的固化。可以化学结合环氧硅氧烷、丙烯酸或其他有机化合物来创建混合硅氧烷涂料,广泛应用于工业。环氧改性硅氧烷的光泽和颜色保留往往是更好的。一些作家报告如何添加端羟基聚二甲基硅氧烷DGE的双酚A增加其防腐性能(51]。最近的研究领域吸引了石墨烯氧化物复合涂料由于其温暖如火结构改进的机械和防腐活动以及它的伟大的力量和不渗透性;石墨烯混合涂料引发了研究者的兴趣开发防腐应用程序(52]。
Mingdong等人研究了siloxane-based环氧树脂涂层温度为变量,取得了良好的耐温度低至-30°C和高25°C 10天没有任何变化,显示出良好的机械阻力变化和腐蚀53]。同样,丽达等人创建修改玄武岩与不同比例的nano-SiO片2微球,从1到7%。他们发现男朋友环氧树脂保护层nano-SiO修改为3%2微球有特殊的化学稳定性(外减肥2.2%碱溶液中,只有1.1%在酸溶液后480小时),限制水渗透(吸水率0.72%,480小时),和优秀的机械效率(抗拉强度约为33.4 MPa) (43]。
Yunmin等人研究了环氧树脂/ SiO的效果2@BN复合涂层热导率。可以减少热传导涂层厚度和填充量增加。使用拟合模型的热传导表明,填料含量增加导致硼nitride-silicon二氧化碳复合材料的热导率的增加,和热传导增加元素降低(34]。
鲁本等人研究了二氧化硅/硅氧烷环氧树脂防腐的目的。Epoxy-siloxane-silica混合纳米材料具有良好的防腐和热力和机械特征创建作为金属表面的保护层(54]。涂层Ruhi et al。报道的结果表明,该复合材料准备涂料具有较高的热稳定性和高防腐的效率在3.5%氯化钠溶液与聚合物复合环氧树脂涂料由于SiO均匀分散2粒子的聚吡咯矩阵(35]。
张等人报道菲2O3@SiO2纳米复合材料在环氧树脂涂料制造来增强其防腐性能。通过验证纳米复合材料是同质的分散,导致环氧树脂防腐活动的增加,图7显示了耐腐蚀机制(36]。
esr与铁磁Fe修改3O4a5nd SiO2软磁复合材料的纳米粒子有一个软膜。因为铁磁菲3O4使用磁稀释效应降低,导致改善磁化和磁导率。包含SiO2smc,另一方面,降低了铁3O4纳米粒子聚合和导致较高的电阻率,从而减少核心损失和增强机械强度(46]。
在文献[48),一个巨大的工作报道的合成涂层系统自我修复紫外线照射下,产生biobased环氧树脂、埃洛石纳米管和硅纳米颗粒。双容器autobiobased环氧混合动力系统开发有可能自动地修补划痕和恢复结构的功能。
文学总是导致生产力和多元化对功效完美;其中一个最近的研究是进行疏水性环氧树脂,在变量研究机械等各种腐蚀性环境扭曲和酸性,碱性和salinity-based。实验结果都是杰出的能力对photooxidative和湿热老化。作为回应,钦佩,疏水涂料准备应用程序满足在恶劣条件下基于PC材料(49]。同样,Assem等人报道icephobic siloxane-based涂料环氧树脂纳米复合材料在低温(55]。
4所示。结论
环氧树脂是多才多艺的原料利用的工业应用,包括风车叶片,尤其是在复杂的航空零件像机翼和机身,用作建筑涂料和粘合剂。在当前的研究中,我们已经讨论了二氧化硅的合成含有环氧树脂以及二氧化硅环氧复合材料及其应用为粘合剂涂层保护珍贵的材料从破裂的环境条件下,使用不同的环保和绿色的方法。此外,研究其增强属性,如热稳定性高,抗拉强度高、生产率高、和icephobicity自我修复涂料、。
的利益冲突
所有的作者宣称他们没有财务或其他利益冲突。
作者的贡献
Shengwen王准备草案和写的手稿。Yinxiang邱帮助准备数据和手稿的内容安排。所有作者同意最后的手稿。
确认
这项研究得到了结构化学国家重点实验室(20200027);江苏省住房和城乡建设厅(2019号zd097);城市学校的科技合作项目计划,扬州科技,扬州市(没有。YZ2018146);大学和研究行业合作项目2021年江苏省(没有。BY2021505)。