水滑石改性環氧樹脂納米復合材料研發狀況
環氧樹脂是歷史悠久、應用廣泛的高分子材料之一，具有優良的力學性能、介電性能、耐化學腐蝕性和黏結性能，可以作為涂料、澆鑄料、模壓料、膠黏劑、層壓材料，以直接或間接使用的形式滲透到從日常生活用品到高新技術領域的國民經濟的各個方面，它已成為國民經濟發展中不可缺少的材料[1-2].但是純環氧樹脂固化物普遍存在著脆性大、可燃等缺點，并且隨著科技的發展，各個應用領域對材料性能的要求越來越高，因此對環氧樹脂進行改性是其未來發展趨勢之一。
水滑石是一類陰離子型層狀納米粒子，將其與聚合物復合制成的有機/無機納米復合材料，既克服了無機粒子不易加工，以及有機聚合物強度較低、穩定性較差的缺點，又綜合了有機物和無機物各自的優點，因而成為目前國內外研究的熱點，是環氧樹脂功能化的重要途徑之一[3-5].因此，本文從水滑石的特性、應用和有機化改性，以及環氧樹脂/水滑石納米復合材料的制備及其固化特性、結構和性能等方面出發，系統總結了目前國內外關于環氧樹脂/水滑石納米復合材料的新研究成果，并指出了其未來發展方向。
1.水滑石的結構特性和應用
水滑石是一種天然礦物，其主體成分一般是由兩種金屬的氫氧化物構成，因此又稱層狀雙羥基復合金屬氧化物（LDH）。水滑石典型的化學組成是Mg6Al2（OH）16CO3？4H2O，結構類似于水鎂石：水鎂石是由Mg（OH）2八面體相互共邊形成層狀化合物，層與層之間對頂地疊在一起，層間通過氫鍵締合；當水鎂石層狀結構中的Mg2+部分被半徑相似的陽離子（如Al3+、Fe3+、Cr3+）取代時，會導致層上正電荷的積累，這些正電荷被位于層間的負離子（如CO32-）平衡，而在層間的其余空間，水以結晶水形式存在，終形成層柱狀結構[6-8].
與其他層狀材料（如陽離子黏土）相比，水滑石應用于聚合物中具有以下優勢[9]：（1）水滑石受熱分解時生成水和金屬氧化物，能夠更加有效地提高聚合物基體的熱穩定性和阻燃性[10-11].（2）與陽離子黏土不同的是，水滑石能被陰離子表面活性劑改性，而目前陰離子表面活性劑的種類（如脂肪酸鹽、硫酸鹽、磺酸鹽和磷酸鹽等）遠遠超過陽離子型表面活性劑，這就使得有機化水滑石種類多種多樣，從而滿足不同聚合物改性的需要。（3）加入少量水滑石即可達到增強聚合物基體的效果，這是因為聚合物納米復合材料中納米粒子的增強效果與其在聚合物基體中的剝離程度密切相關。水滑石的片層由單一的金屬氫氧化物八面體組成，而其他層狀黏土的硅酸鹽片層由四面體和八面體兩種晶體結構組成，這樣加入等量的納米粒子時，水滑石改性復合材料的剝離結構將含有比其他層狀黏土改性復合材料更多的片層。（4）水滑石價格低廉、實驗室易得、純度高、化學結構易調控。
2.水滑石的有機化改性
在環氧樹脂/水滑石復合材料中，材料的復合是通過界面直接接觸實現的，但由于水滑石的片層具有很強的靜電作用及親水性，而聚合物一般為疏水性，二者難以直接有效復合，因此必須對水滑石進行適當的有機化改性。所用有機改性劑應能較易進入水滑石片層，并能夠顯著增大層間距，使層間由親水轉變為疏水，同時改性劑分子應與聚合物單體或高分子基體間有較強的物理或化學作用，以利于聚合物或單體插入層間而達到納米級的復合；該有機改性劑主要為一些常見的陰離子表面活性劑。
對水滑石進行有機化改性的方法主要有共沉淀法和再生法。共沉淀法：在一定的溫度下，使水滑石與表面活性劑溶液充分發生離子交換反應，將共沉淀物經抽濾、洗滌、干燥處理后即得有機化水滑石。再生法：水滑石經高溫煅燒后，層間陰離子和結晶水脫附，層狀結構破壞，終形成兩種金屬的復合氧化物，當其暴露在空氣或其他陰離子氛圍中時，又重新吸附空氣中的CO2（或其他陰離子）和H2O而恢復原來的層狀結構，從而得到有機化水滑石，另外由此法獲得的產物常含有較多的碳酸根離子。
CostaFR等[9]分別以十二烷基磺酸鈉（SDS）、十二烷基苯磺酸（SDBS）、月桂酸、雙（2-乙基已基）磷酸酯（BEHP）為有機化改性劑，采用再生法合成出多種有機化水滑石，并利用X射線衍射儀（XRD）和紅外光譜儀（FTIR）等對水滑石結構進行表征。從FTIR譜圖上能清晰地看到碳酸根離子和水的存在，這可能是由空氣中CO2分子造成的，因而可在再生過程中進行氮氣保護來加以控制。XRD分析表明，熱失重初期，未改性和SDBS改性水滑石層間水分的揮發并未改變晶體結構，而僅稍微減小了層間距，SDBS改性水滑石的晶體結構甚至在高達300℃下亦保持不變。氧氣氣氛和氮氣氣氛下的熱失重曲線均顯示，SDBS離子在320~450℃區間才發生分解，而金屬氫氧化物片層的分解溫度也有所提高，這可能是因為苯環的存在延緩了分解的發生。掃描電鏡（SEM）觀察發現，未改性水滑石為薄片狀顆粒，而有機化水滑石也是類似的片狀幾何結構；與未改性水滑石相比，有機化改性（特別是SDBS和SDS改性）水滑石的表面組織結構和厚度都發生了很大的變化。由上述實驗他們得到如下結論：有機改性后，水滑石的層間距均寬于改性前，而層間距的大小與改性劑的鏈長有關，其中SDBS改性的水滑石層間距大，熱穩定性也好。
3.環氧樹脂/水滑石納米復合材料的固化特性
納米粒子的加入提高了環氧體系的黏度，使各組分的運動性降低，因此減緩了環氧樹脂的固化反應，而納米粒子的表面活性基團又促進了環氧樹脂固化反應的發生，因此納米粒子對環氧固化反應的影響應為這兩方面因素相互競爭的結果。姜俊青等[12]考察了未改性水滑石和丙氨酸交換后的水滑石對環氧樹脂/聚酰胺體系凝膠時間的影響。研究發現，水滑石的加入有利于凝膠時間的降低，其中，當低分子量聚酰胺與環氧樹脂的質量比大于0.7時，丙氨酸交換后水滑石比未改性水滑石更有利于降低凝膠時間，并且隨著改性水滑石加入量的提高，體系凝膠時間縮短。
ChanYN等[13]分別以不同官能度的聚醚氨（POP2000和POP400）為原料制得聚醚氨酸之后，再與酸酐反應合成出聚醚氨酸酐（POP2000-2MA和POP400-3MA），并以其對水滑石進行有機改性，之后再按不同比例加入到雙酚A環氧樹脂中，系統地研究了改性水滑石對環氧樹脂的固化反應、相結構和熱性能的影響。DSC測試結果顯示，隨著改性水滑石的加入，大放熱峰由182℃下降至152℃，這說明環氧樹脂固化反應被加快。透射電鏡（TEM）觀察結果表明，POP2000-2MA/水滑石改性環氧體系中納米片層結構完全剝離，而POP400-3MA/水滑石改性環氧體系中納米片層結構僅發生部分剝離。熱失重分析結果表明，所有水滑石改性環氧納米復合體系的熱穩定性均明顯提高。
4.環氧樹脂/水滑石納米復合材料的結構和性能
聚合物插層后，可表現出3種不同的分散狀態，分別對應于3種類型的復合材料：（1）常規復合材料這類復合材料中LDH仍保持原有狀態，以簡單的顆粒形式分散于聚合物基體中；（2）插層型納米復合材料在該類復合材料中，聚合物分子插入到LDH的層間，使層間距增大，但LDH原有的疊層結構并沒有被破壞，仍有一定的有序性；（3）剝離型納米復合材料在這類復合材料中，納米片層完全剝離，原來有序的疊層結構被徹底破壞，相互獨立的晶片無規而均勻地分散于聚合物基體。大量事實證明，只有剝離型結構才能使LDH片層與環氧樹脂高聚物之間形成巨大的表面接觸和均一分散，從而獲得佳性能的納米復合材料[3].而剝離型結構的形成又與LDH含量、有機改性劑種類和用量、復合材料制備方法等因素有關，因此國內外研究學者對環氧/水滑石復合材料的結構和性能進行了深入的研究，并取得了一定的成果。
TsengCH等[14]采用共沉淀法分別合成出氨基苯甲酸酯改性水滑石（LDHs-AB）和碳酸鹽改性水滑石（LDHs-CB）粒子，其中水滑石顆粒經氨基苯甲酸酯插層后具有了反應性和疏水性。在環氧樹脂/LDHs-AB納米復合材料制備過程中，環氧樹脂先在LDHs-AB顆粒層間進行插層，然后與加入的二氨基二苯甲烷（DDM）固化劑在LDHs-AB顆粒層間進行交聯反應，終使水滑石層間距增大，很好地完成了納米片層的剝落。此外，反應性LDHs-AB納米層與環氧樹脂分子反應生成了很強的化學鍵，因此與純環氧樹脂體系相比，環氧樹脂/LDHs-AB納米復合材料的熱性能和力學性能顯著提高；與之相比，環氧樹脂/LDHs-CB納米復合材料的性能僅有輕微的提高，這是由于LDHs-CB與環氧樹脂之間的相容性較差，另外還可能與該復合材料中形成的插層結構有關。
BeckerCM等[15-16]利用甘氨酸對水滑石進行有機化處理，采用溶液法制備出環氧樹脂/水滑石復合材料，所用溶劑分別為丙酮、氯仿和二甲基甲酰胺；另外通過樹脂傳遞模塑成型工藝（RTM）制備出環氧/水滑石/玻纖復合材料，研究了該復合材料的力學性能、熱性能和阻燃性能。研究結果表明，環氧樹脂/水滑石復合材料的力學性能與制備時所用的溶劑有關，而且當水滑石加入量為1%時復合材料的力學性能佳；另外水平和垂直燃燒測試表明，水滑石改性的復合材料具有自熄性以及較好的阻燃性。
于湘等[17-18]研制了一種以釩酸鹽陰離子（[V10O28]6–）柱撐納米水滑石防腐顏料來替代鉻酸鹽用于鎂合金腐蝕防護的有機涂層，研究了水滑石在不同濃度的NaCl溶液里的吸附和離子交換性能，并考察了該水滑石防腐顏料及其焙燒物對鎂合金環氧防腐涂層性能的影響。結果表明，添加了[V10O28]6–插層的水滑石及其焙燒產物的環氧涂層對鎂合金均有較好的腐蝕防護作用，其中水滑石的環氧涂層的防腐效果好于焙燒產物的環氧涂層，并且隨著焙燒溫度升高，焙燒產物的環氧涂層防腐性能下降，這可能是由于水滑石焙燒后，產物吸水率增加，腐蝕介質擴散加快，從而導致涂層失效較快。另外當水滑石添加量為20%時，涂層的防腐性能佳。
徐燕莉等[19]采用共沉淀法成功制備了N-十四烷基甘氨酸柱撐水滑石（N-LDH），并利用XRD、FTIR對樣品進行了表征。結果表明，N-十四烷基甘氨酸可進入水滑石層間，其層間距由0.759nm增加到2.418nm，并且N-LDH可有效改善環氧E-44/T31膠黏劑體系的力學性能，其中當N-LDH含量為5%時，體系的拉伸剪切強度提高了53.7%.
FracheA等[20]利用自制的Mg-Al碳酸鹽水滑石，分別獲得了Mg-Al氯類和Mg-Al硬脂酸類有機水滑石，再以二氨基二苯甲烷（DDM）為固化劑，制備出環氧樹脂基納米復合材料，并與蒙脫土片層改性的環氧樹脂體系進行了對比。透射電鏡（TEM）和廣角X射線散射觀察結果表明，有機納米粒子均能很好地分散在聚合物基體中形成納米結構。熱失重分析顯示，無論是在空氣中還是氮氣中，水滑石改性納米復合材料均呈現出與純環氧樹脂十分相似的熱分解趨勢，而有機蒙脫土改性體系在空氣中的熱分解溫度則略微下降。錐形量熱測試表明，Mg-Al硬脂酸類有機水滑石的加入降低了環氧樹脂的放熱速率峰值，因而可起到阻燃的作用。
ZammaranoM等[21]在酸性介質中采用離子交換法對水滑石進行有機化處理，研究了在離子交換、過濾、洗滌、干燥過程中合成條件對水滑石改性的影響。結果發現，索氏提取是制備高結晶度、低碳酸鹽含量有機水滑石的有效途徑；含反應性官能團的表面改性劑可增加水滑石粒子與環氧樹脂間的相容性；溶脹條件（如溶脹溫度、溶脹劑種類）會影響納米復合材料的層間距，特別是對于反應性有機物改性的水滑石體系影響更大；礦物質強酸（如磺酸鹽離子）作為有機改性劑時，將加快水滑石改性環氧納米復合材料在熱分解過程中的炭化反應速度，促進殘炭的形成，并延緩易燃物的分解速度。
此外還通過熱失重分析、同步熱分析、UL94測試、錐形量熱測試對環氧樹脂/水滑石納米復合材料、環氧樹脂/蒙脫土納米復合材料、環氧樹脂/水滑石微米復合材料、環氧樹脂/氫氧化鋁微米復合材料的熱穩定性和阻燃性進行了深入地研究和對比。研究結果表明，在水平UL94測試中僅環氧樹脂/LDH納米體系呈現出優良的阻燃性能，而環氧樹脂/水滑石微米復合材料和環氧樹脂/蒙脫土納米復合材料體系則完全燃燒，其中環氧樹脂/水滑石納米復合材料優良的阻燃性能可歸結于其納米級的分散結構和水滑石的本質特性。錐形量熱分析顯示，與環氧樹脂/蒙脫土納米體系相比，環氧樹脂/水滑石納米體系的放熱速率峰值明顯降低，這也表明了水滑石對環氧樹脂良好的阻燃效果。
張延武等[22]采用白磷插層進入水滑石層間后再轉化為紅磷的方法制得紅磷插層水滑石，從而得到了用于環氧樹脂體系的淺色水滑石/紅磷復合阻燃劑。他們考察了白磷和水滑石配比對轉化率的影響，以及紅磷含量對紅磷插層水滑石在丙氨酸溶液中交換量的影響，并研究了紅磷插層水滑石阻燃劑對環氧樹脂的阻燃效果。結果表明，轉化后的紅磷在水滑石中的含量y與轉化前白磷與水滑石的配比x之間符合一定的線性關系，即y=-8.44373+0.72491x；丙氨酸的交換量隨著紅磷含量的增大而減??；插層水滑石阻燃劑的阻燃效果優于水滑石/紅磷混合物，且其顏色較淺，亨特白度為30.13，高于水滑石/紅磷混合物的23.93；當水滑石、紅磷質量分數分別為5%和1.48%時，環氧樹脂的阻燃等級可達到V-0級。
5.結語
環氧樹脂/水滑石納米復合材料因其獨特的性能引起了國內外學者的廣泛關注，但目前的研究主要集中在新型水滑石的合成與有機化改性，以及環氧樹脂/水滑石納米復合材料的熱穩定性和阻燃效果等問題上，而對于環氧樹脂/水滑石復合材料的光學性能、電性能、磁性能、吸波性能等問題還有待進一步的研究。因此，在現有基礎上深化該復合材料的功能化研究，從而開發出環境友好、易加工成型，并具有優良熱穩定性、力學性能、光電性能和吸波性能等的多功能新型環氧樹脂/水滑石納米復合材料，將成為今后發展的主要方向。
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水滑石是一類陰離子型層狀納米粒子，將其與聚合物復合制成的有機/無機納米復合材料，既克服了無機粒子不易加工，以及有機聚合物強度較低、穩定性較差的缺點，又綜合了有機物和無機物各自的優點，因而成為目前國內外研究的熱點，是環氧樹脂功能化的重要途徑之一[3-5].因此，本文從水滑石的特性、應用和有機化改性，以及環氧樹脂/水滑石納米復合材料的制備及其固化特性、結構和性能等方面出發，系統總結了目前國內外關于環氧樹脂/水滑石納米復合材料的新研究成果，并指出了其未來發展方向。
1.水滑石的結構特性和應用
水滑石是一種天然礦物，其主體成分一般是由兩種金屬的氫氧化物構成，因此又稱層狀雙羥基復合金屬氧化物（LDH）。水滑石典型的化學組成是Mg6Al2（OH）16CO3？4H2O，結構類似于水鎂石：水鎂石是由Mg（OH）2八面體相互共邊形成層狀化合物，層與層之間對頂地疊在一起，層間通過氫鍵締合；當水鎂石層狀結構中的Mg2+部分被半徑相似的陽離子（如Al3+、Fe3+、Cr3+）取代時，會導致層上正電荷的積累，這些正電荷被位于層間的負離子（如CO32-）平衡，而在層間的其余空間，水以結晶水形式存在，終形成層柱狀結構[6-8].
與其他層狀材料（如陽離子黏土）相比，水滑石應用于聚合物中具有以下優勢[9]：（1）水滑石受熱分解時生成水和金屬氧化物，能夠更加有效地提高聚合物基體的熱穩定性和阻燃性[10-11].（2）與陽離子黏土不同的是，水滑石能被陰離子表面活性劑改性，而目前陰離子表面活性劑的種類（如脂肪酸鹽、硫酸鹽、磺酸鹽和磷酸鹽等）遠遠超過陽離子型表面活性劑，這就使得有機化水滑石種類多種多樣，從而滿足不同聚合物改性的需要。（3）加入少量水滑石即可達到增強聚合物基體的效果，這是因為聚合物納米復合材料中納米粒子的增強效果與其在聚合物基體中的剝離程度密切相關。水滑石的片層由單一的金屬氫氧化物八面體組成，而其他層狀黏土的硅酸鹽片層由四面體和八面體兩種晶體結構組成，這樣加入等量的納米粒子時，水滑石改性復合材料的剝離結構將含有比其他層狀黏土改性復合材料更多的片層。（4）水滑石價格低廉、實驗室易得、純度高、化學結構易調控。
2.水滑石的有機化改性
在環氧樹脂/水滑石復合材料中，材料的復合是通過界面直接接觸實現的，但由于水滑石的片層具有很強的靜電作用及親水性，而聚合物一般為疏水性，二者難以直接有效復合，因此必須對水滑石進行適當的有機化改性。所用有機改性劑應能較易進入水滑石片層，并能夠顯著增大層間距，使層間由親水轉變為疏水，同時改性劑分子應與聚合物單體或高分子基體間有較強的物理或化學作用，以利于聚合物或單體插入層間而達到納米級的復合；該有機改性劑主要為一些常見的陰離子表面活性劑。
對水滑石進行有機化改性的方法主要有共沉淀法和再生法。共沉淀法：在一定的溫度下，使水滑石與表面活性劑溶液充分發生離子交換反應，將共沉淀物經抽濾、洗滌、干燥處理后即得有機化水滑石。再生法：水滑石經高溫煅燒后，層間陰離子和結晶水脫附，層狀結構破壞，終形成兩種金屬的復合氧化物，當其暴露在空氣或其他陰離子氛圍中時，又重新吸附空氣中的CO2（或其他陰離子）和H2O而恢復原來的層狀結構，從而得到有機化水滑石，另外由此法獲得的產物常含有較多的碳酸根離子。
CostaFR等[9]分別以十二烷基磺酸鈉（SDS）、十二烷基苯磺酸（SDBS）、月桂酸、雙（2-乙基已基）磷酸酯（BEHP）為有機化改性劑，采用再生法合成出多種有機化水滑石，并利用X射線衍射儀（XRD）和紅外光譜儀（FTIR）等對水滑石結構進行表征。從FTIR譜圖上能清晰地看到碳酸根離子和水的存在，這可能是由空氣中CO2分子造成的，因而可在再生過程中進行氮氣保護來加以控制。XRD分析表明，熱失重初期，未改性和SDBS改性水滑石層間水分的揮發并未改變晶體結構，而僅稍微減小了層間距，SDBS改性水滑石的晶體結構甚至在高達300℃下亦保持不變。氧氣氣氛和氮氣氣氛下的熱失重曲線均顯示，SDBS離子在320~450℃區間才發生分解，而金屬氫氧化物片層的分解溫度也有所提高，這可能是因為苯環的存在延緩了分解的發生。掃描電鏡（SEM）觀察發現，未改性水滑石為薄片狀顆粒，而有機化水滑石也是類似的片狀幾何結構；與未改性水滑石相比，有機化改性（特別是SDBS和SDS改性）水滑石的表面組織結構和厚度都發生了很大的變化。由上述實驗他們得到如下結論：有機改性后，水滑石的層間距均寬于改性前，而層間距的大小與改性劑的鏈長有關，其中SDBS改性的水滑石層間距大，熱穩定性也好。
3.環氧樹脂/水滑石納米復合材料的固化特性
納米粒子的加入提高了環氧體系的黏度，使各組分的運動性降低，因此減緩了環氧樹脂的固化反應，而納米粒子的表面活性基團又促進了環氧樹脂固化反應的發生，因此納米粒子對環氧固化反應的影響應為這兩方面因素相互競爭的結果。姜俊青等[12]考察了未改性水滑石和丙氨酸交換后的水滑石對環氧樹脂/聚酰胺體系凝膠時間的影響。研究發現，水滑石的加入有利于凝膠時間的降低，其中，當低分子量聚酰胺與環氧樹脂的質量比大于0.7時，丙氨酸交換后水滑石比未改性水滑石更有利于降低凝膠時間，并且隨著改性水滑石加入量的提高，體系凝膠時間縮短。
ChanYN等[13]分別以不同官能度的聚醚氨（POP2000和POP400）為原料制得聚醚氨酸之后，再與酸酐反應合成出聚醚氨酸酐（POP2000-2MA和POP400-3MA），并以其對水滑石進行有機改性，之后再按不同比例加入到雙酚A環氧樹脂中，系統地研究了改性水滑石對環氧樹脂的固化反應、相結構和熱性能的影響。DSC測試結果顯示，隨著改性水滑石的加入，大放熱峰由182℃下降至152℃，這說明環氧樹脂固化反應被加快。透射電鏡（TEM）觀察結果表明，POP2000-2MA/水滑石改性環氧體系中納米片層結構完全剝離，而POP400-3MA/水滑石改性環氧體系中納米片層結構僅發生部分剝離。熱失重分析結果表明，所有水滑石改性環氧納米復合體系的熱穩定性均明顯提高。
4.環氧樹脂/水滑石納米復合材料的結構和性能
聚合物插層后，可表現出3種不同的分散狀態，分別對應于3種類型的復合材料：（1）常規復合材料這類復合材料中LDH仍保持原有狀態，以簡單的顆粒形式分散于聚合物基體中；（2）插層型納米復合材料在該類復合材料中，聚合物分子插入到LDH的層間，使層間距增大，但LDH原有的疊層結構并沒有被破壞，仍有一定的有序性；（3）剝離型納米復合材料在這類復合材料中，納米片層完全剝離，原來有序的疊層結構被徹底破壞，相互獨立的晶片無規而均勻地分散于聚合物基體。大量事實證明，只有剝離型結構才能使LDH片層與環氧樹脂高聚物之間形成巨大的表面接觸和均一分散，從而獲得佳性能的納米復合材料[3].而剝離型結構的形成又與LDH含量、有機改性劑種類和用量、復合材料制備方法等因素有關，因此國內外研究學者對環氧/水滑石復合材料的結構和性能進行了深入的研究，并取得了一定的成果。
TsengCH等[14]采用共沉淀法分別合成出氨基苯甲酸酯改性水滑石（LDHs-AB）和碳酸鹽改性水滑石（LDHs-CB）粒子，其中水滑石顆粒經氨基苯甲酸酯插層后具有了反應性和疏水性。在環氧樹脂/LDHs-AB納米復合材料制備過程中，環氧樹脂先在LDHs-AB顆粒層間進行插層，然后與加入的二氨基二苯甲烷（DDM）固化劑在LDHs-AB顆粒層間進行交聯反應，終使水滑石層間距增大，很好地完成了納米片層的剝落。此外，反應性LDHs-AB納米層與環氧樹脂分子反應生成了很強的化學鍵，因此與純環氧樹脂體系相比，環氧樹脂/LDHs-AB納米復合材料的熱性能和力學性能顯著提高；與之相比，環氧樹脂/LDHs-CB納米復合材料的性能僅有輕微的提高，這是由于LDHs-CB與環氧樹脂之間的相容性較差，另外還可能與該復合材料中形成的插層結構有關。
BeckerCM等[15-16]利用甘氨酸對水滑石進行有機化處理，采用溶液法制備出環氧樹脂/水滑石復合材料，所用溶劑分別為丙酮、氯仿和二甲基甲酰胺；另外通過樹脂傳遞模塑成型工藝（RTM）制備出環氧/水滑石/玻纖復合材料，研究了該復合材料的力學性能、熱性能和阻燃性能。研究結果表明，環氧樹脂/水滑石復合材料的力學性能與制備時所用的溶劑有關，而且當水滑石加入量為1%時復合材料的力學性能佳；另外水平和垂直燃燒測試表明，水滑石改性的復合材料具有自熄性以及較好的阻燃性。
于湘等[17-18]研制了一種以釩酸鹽陰離子（[V10O28]6–）柱撐納米水滑石防腐顏料來替代鉻酸鹽用于鎂合金腐蝕防護的有機涂層，研究了水滑石在不同濃度的NaCl溶液里的吸附和離子交換性能，并考察了該水滑石防腐顏料及其焙燒物對鎂合金環氧防腐涂層性能的影響。結果表明，添加了[V10O28]6–插層的水滑石及其焙燒產物的環氧涂層對鎂合金均有較好的腐蝕防護作用，其中水滑石的環氧涂層的防腐效果好于焙燒產物的環氧涂層，并且隨著焙燒溫度升高，焙燒產物的環氧涂層防腐性能下降，這可能是由于水滑石焙燒后，產物吸水率增加，腐蝕介質擴散加快，從而導致涂層失效較快。另外當水滑石添加量為20%時，涂層的防腐性能佳。
徐燕莉等[19]采用共沉淀法成功制備了N-十四烷基甘氨酸柱撐水滑石（N-LDH），并利用XRD、FTIR對樣品進行了表征。結果表明，N-十四烷基甘氨酸可進入水滑石層間，其層間距由0.759nm增加到2.418nm，并且N-LDH可有效改善環氧E-44/T31膠黏劑體系的力學性能，其中當N-LDH含量為5%時，體系的拉伸剪切強度提高了53.7%.
FracheA等[20]利用自制的Mg-Al碳酸鹽水滑石，分別獲得了Mg-Al氯類和Mg-Al硬脂酸類有機水滑石，再以二氨基二苯甲烷（DDM）為固化劑，制備出環氧樹脂基納米復合材料，并與蒙脫土片層改性的環氧樹脂體系進行了對比。透射電鏡（TEM）和廣角X射線散射觀察結果表明，有機納米粒子均能很好地分散在聚合物基體中形成納米結構。熱失重分析顯示，無論是在空氣中還是氮氣中，水滑石改性納米復合材料均呈現出與純環氧樹脂十分相似的熱分解趨勢，而有機蒙脫土改性體系在空氣中的熱分解溫度則略微下降。錐形量熱測試表明，Mg-Al硬脂酸類有機水滑石的加入降低了環氧樹脂的放熱速率峰值，因而可起到阻燃的作用。
ZammaranoM等[21]在酸性介質中采用離子交換法對水滑石進行有機化處理，研究了在離子交換、過濾、洗滌、干燥過程中合成條件對水滑石改性的影響。結果發現，索氏提取是制備高結晶度、低碳酸鹽含量有機水滑石的有效途徑；含反應性官能團的表面改性劑可增加水滑石粒子與環氧樹脂間的相容性；溶脹條件（如溶脹溫度、溶脹劑種類）會影響納米復合材料的層間距，特別是對于反應性有機物改性的水滑石體系影響更大；礦物質強酸（如磺酸鹽離子）作為有機改性劑時，將加快水滑石改性環氧納米復合材料在熱分解過程中的炭化反應速度，促進殘炭的形成，并延緩易燃物的分解速度。
此外還通過熱失重分析、同步熱分析、UL94測試、錐形量熱測試對環氧樹脂/水滑石納米復合材料、環氧樹脂/蒙脫土納米復合材料、環氧樹脂/水滑石微米復合材料、環氧樹脂/氫氧化鋁微米復合材料的熱穩定性和阻燃性進行了深入地研究和對比。研究結果表明，在水平UL94測試中僅環氧樹脂/LDH納米體系呈現出優良的阻燃性能，而環氧樹脂/水滑石微米復合材料和環氧樹脂/蒙脫土納米復合材料體系則完全燃燒，其中環氧樹脂/水滑石納米復合材料優良的阻燃性能可歸結于其納米級的分散結構和水滑石的本質特性。錐形量熱分析顯示，與環氧樹脂/蒙脫土納米體系相比，環氧樹脂/水滑石納米體系的放熱速率峰值明顯降低，這也表明了水滑石對環氧樹脂良好的阻燃效果。
張延武等[22]采用白磷插層進入水滑石層間后再轉化為紅磷的方法制得紅磷插層水滑石，從而得到了用于環氧樹脂體系的淺色水滑石/紅磷復合阻燃劑。他們考察了白磷和水滑石配比對轉化率的影響，以及紅磷含量對紅磷插層水滑石在丙氨酸溶液中交換量的影響，并研究了紅磷插層水滑石阻燃劑對環氧樹脂的阻燃效果。結果表明，轉化后的紅磷在水滑石中的含量y與轉化前白磷與水滑石的配比x之間符合一定的線性關系，即y=-8.44373+0.72491x；丙氨酸的交換量隨著紅磷含量的增大而減??；插層水滑石阻燃劑的阻燃效果優于水滑石/紅磷混合物，且其顏色較淺，亨特白度為30.13，高于水滑石/紅磷混合物的23.93；當水滑石、紅磷質量分數分別為5%和1.48%時，環氧樹脂的阻燃等級可達到V-0級。
5.結語
環氧樹脂/水滑石納米復合材料因其獨特的性能引起了國內外學者的廣泛關注，但目前的研究主要集中在新型水滑石的合成與有機化改性，以及環氧樹脂/水滑石納米復合材料的熱穩定性和阻燃效果等問題上，而對于環氧樹脂/水滑石復合材料的光學性能、電性能、磁性能、吸波性能等問題還有待進一步的研究。因此，在現有基礎上深化該復合材料的功能化研究，從而開發出環境友好、易加工成型，并具有優良熱穩定性、力學性能、光電性能和吸波性能等的多功能新型環氧樹脂/水滑石納米復合材料，將成為今后發展的主要方向。
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