汪在芹，李 珍，蒋硕忠，刘崇熙
(长汀水利委员会长江科学院，湖北武汉430010)
环氧树脂具有存同化反应过程中收缩率小，其固化物的粘接性、耐热性、耐酸碱性以及机械性能优良的特点，是热同性树脂中应用最较大的一个品种。因这些性能满足了水丁材料的一些特殊要求，环氧树脂在水利工程中有着极为广泛的应用，如用作抗冲耐磨材料、混凝土涂层、化学灌浆材料等。但随着水性建设的发展需求，对环氧树脂的技术要求也越来越高，其中尤以解决环氧树脂的老化(耐候性)、增强增韧等问题最为迫切。传统的环氧树脂改性，主要通过对环氧低聚物和固化剂的选择，但改性效果不理想，而且小能同时解决火耐候性、增加强度和韧性等问题。近年来，聚合物基纳米复合材料以其优异的性能受到人们的关注。国内外有报道已经在实验室制备出环氧树脂／纳米粒予复合材料，但如何解决纳米颗粒住环氧村脂基体中的均匀分散问题，提高制备水平和制备效率，依然有待进一步的研究。本文丰要研究环氧树脂／纳米二氧化硅(SiO2)的分散技术、制备工厂艺、改性机理等，针对混凝上病害修补和化学灌浆，对环氧树脂基纳米SiO，复合材料的物理和化学性能进行探索性研究。
1 复合材料制备
1．1 原材料
水性环氧树脂纳米复合材料的配方成分多达十余种，依据功能可以分为基料、同化剂、溶剂、颜料、填料、助剂等类型，主要包括环氧树脂、同化剂、硅烷偶联剂、纳米粒子等。主要原材料见表1

1．2 仪器设备
(1)超声波清洗机：UC100C型，清洗槽尺寸f235 mmx135 mmx100 mm1，广州维力超声电子设备有限公司。
(2)高速分散机：GFJ-0．4高速分散机，最高转速14 000 r／min， 海现代环境工程技术研究所。
(3)粒度分析仪：英国马尔文HPPS纳米粒度及分子大小分析仪，型号HPPS5001。
(4)红外光谱仪(FTIR)：美罔Perkin—Elmer公司Perkin—Elmer spectrum一2000型傅立叶红外光谱仪。
(5)扫描电子显微镜fSEM1：日本日立公司，型号S一57。
(6)热重分析仪(TGA)：德国NETZSCH 公司，型号NETZSCH TG 209。
(7)差热分析仪(DSC)：德国NETZSCH 公司，型号DSC204。
(8)老化试验仪：美同Q—Panel公司，QUV人丁加速老化试验仪。
1．3 制备方法
以制备的纳米改性环氧树脂为A组分，水性胺同化剂为B组分，根据环氧当量和胺氢当量，确定合适的A组分与B组分的用量比，制得纳米改性环氧树脂复合材料。典型的双组分水性环氧树脂纳米复合材料配方见表2。

A组分制备：在超声波的作用下，将纳米粒子加入到硅烷偶联剂与环氧活性稀释剂的混合溶液中混合均匀，然后在高速分散机的作用下与环氧树脂混合均匀。
B组分制备：在搅拌的情况下，将水性胺同化剂与去离子水混合，依次加入润湿分散剂、消泡剂等，中速搅拌20 min。然后根据需要加入各种颜料和填料，高速搅拌至所需粒度，再根据需要加入增稠剂或稀释剂调节至合适粘度。
2 实验结果与讨论
2．1 纳米SiO2粒子用量对环氧树脂性能的影响
随着纳米SiG2粒子用量的增大，环氧复合材料的冲击强度、拉伸强度和断裂伸长率均随之增大。当纳米粒子用量达到3％时，环氧树脂复合材料的力学性能达到最佳，这时材料的冲击强度提高了66％，拉伸强度提高了52％，断裂伸长率提高了9％。纳米SiO 粒子使复合材料的冲击强度得以大幅度提高，说明纳米SiO 粒子与环氧树脂具有较好的相容性。但是， 纳米SiO 粒子用晕超过5％M，改性后的环氧树脂复合材料的断裂伸长率和拉伸强度均低于未改性的环氧树脂。
2．2 红外光分析(FTIR)
将纳米改性环氧树脂EPON~828和固化剂固化后的红外光谱图与环氧树脂EPON~828的红外光谱闭比较，发现在971 cm-1处出现了Si-0 的特征峰， 月．在1084cm一-存在线型Si—O—Si键的特征峰，这是南于纳米SiO2粒子改性引起的。南此可知，加入 纳米SiO 粒子改性后的复合材料在此两处的吸收强度均有所增强；纳米SiO2粒子已经通过化学键连接到环氧聚合物的分子上，从而改变了聚合物的物理化学性能。
2．3 扫描电镜分析(SEM）
图1为未加纳米粒子的环氧树脂基体的冲击断口照片，图2为添加纳米SiO：粒子所制备的纳米环氧复合材料的冲击断13照片。从图2中可以看出，纳米材料的加入使基体形成更多的断面，吸收更多的冲击能，提高了冲击强度。此外，对于纳米SiO2粒子在基体中分散性较好、聚集态尺寸小的复合体系，在其SEM 图中可观察到许多微空穴和微裂纹，它们的产生都吸收了大量的外界能量，使得纳米SiO2粒子对基体树脂起着增强增韧作用。