[發明專利]低表面能環氧納米雜化材料的制備方法

有效

• 申請號: 201010190014.6
• 申請日: 2010-06-03
• 公開（公告）號: CN101864060A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 張海英;戚嶸嶸;童銘康;彭霏
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C08G59/50
• 分類號: C08G59/50;C08G59/20;C08G59/44;C08G59/42;C08K3/36;C08K3/22;C01G23/053;C01B33/12
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 毛翠瑩

技術領域

本發明涉及一種低表面能環氧納米雜化材料的制備方法，制備一種具有表面能低、透明性好、強度高、綜合性能優開的環氧納米雜化材料。本發明屬于有機無機納米復合材料技術領域。

背景技術

環氧樹脂的分子結構中含有兩個以上環氧基團，固化后的環氧樹脂具有良好的物理化學性能，它對金屬和非金屬材料的表面具有優開的粘接強度，耐高溫性能和電絕緣性能良好，收縮率小，制品尺寸穩定性好，機械性能好，柔韌性較好，化學穩定性好，加工工藝性優良，因而廣泛作澆注、浸漬、層壓料、粘接劑、涂料等用途。近年來，隨著其用途不斷擴大，已用于飛機等結構膠粘劑材料、半導體封裝材料、纖維增強塑料材料、覆銅板、集成電路等電氣、電子封裝材料尖端技術領域。

環氧樹脂是一種綜合性能優開的熱固性樹脂，其作為環氧涂料具有優開的抗腐蝕性能。因為其固化后所形成的介于環氧樹脂鏈和橡膠鏈之間的互穿網狀高分子防腐涂層，可以有效地防止涂層的變化，提高涂層的耐候性。同時環氧涂料還具有極強的附著力、耐候性、耐水性、耐久性等性能，在航空航天、印刷、生物化學、傳感器、環境防污、金屬冶煉、海汗防污等領域均有廣泛應用。

目前，低表面能防污涂層的研究是最近涂料發展的一個新趨勢。這類涂料在海汗防污涂層、減摩涂層、抗玷污涂層以及自清潔涂層領域有廣泛應用。通常材料表面與液體的接觸角越大，材料表面能越低，從而減少周圍環境中油污、脂類、灰塵及其他雜質的附著，提高材料的使用壽命。目前，國內關于低表面能環氧防污涂料的研究很多，但這些研究主要集中在采用物理共混的方式加入一些低表面能物質(如含硅和含氟材料)來降低其表面能，如在環氧樹脂體系中添加一定量的聚甲基硅氧烷樹脂(CN101434805-A；CN200510231417.3；200910048920.X)或直接添加二氧化硅(透明自清潔層的制備與表征：江蘇科技大學學報，2009，23，125-128)等制備低表面能防污涂料，制備過程或復雜或有粉塵污染或成本較高或性能不理想。另外，以含氟材料為主要成膜物質制備防污涂料，成本高，制備過程中有污染，從而限制了防污涂料的大規模生產和應用。有研究采用低表面能前驅體簡單水解法制備成納米粒子后與環氧樹脂復合制備成防污涂料，但對接觸角的提高很不明顯(SiO₂包裹改性對TiO₂/環氧樹脂涂膜防污抑菌性能的影響：新型建筑材料，2008，12，81-83)。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種低表面能環氧納米雜化材料的制備方法，制備的環氧納米雜化材料具有表面能低且綜合性能優開等特點，制備方法簡單，反應條件溫和易控，對環境友好，便于大規模生產。

為實現這樣的目的，本發明首先將環氧樹脂、低表面能前驅體、催化劑和溶劑等充分攪拌混合均勻后置于反應釜中，控制反應溫度和時間，原位制得含有低表面能納米粒子的環氧預聚體，之后與適量的固化劑混合均勻，并在一定溫度和和壓力下進行固化，然后在更高溫度下進行后固化，最后得到透明的低表面能環氧納米雜化材料。

本發明的方法具體為：采用原位制備環氧納米預聚體然后再固化制備環氧納米雜化材料的兩步法。

第一步：原位制備環氧納米預聚體。以重量百分比計，將40-97.9％環氧樹脂、1-35％低表面能前驅體、1-30％的溶劑、0.1-5％催化劑混合并充分攪拌后倒入高壓反應釜中，將反應釜放入溫度為80-180℃的恒溫箱中，反應3-48小時，反應完后自然冷卻至室溫，即原位制得含有納米粒子的環氧預聚體。

第二步：取上述第一步制備的環氧預聚體與固化劑混合均勻，環氧預聚體與固化劑的重量百分比為50-90％∶10-50％，在溫度為80-100℃、壓力為0-20MPa下固化3-36小時，然后在100-150℃下后固化10-30小時，即得透明的具有低表面能的環氧納米雜化材料。

本發明所述的環氧樹脂為縮水甘油醚類環氧樹脂、縮水甘油酯類環氧樹脂、縮水甘油胺類環氧樹脂、線型脂肪族類環氧樹脂或脂環族類環氧樹脂，或是其混合物。

其中，所述的縮水甘油醚類環氧樹脂為二酚基丙烷型環氧樹脂、苯酚甲醛型多環氧樹脂、鄰甲酚甲醛型多環氧樹脂、間苯二酚型環氧樹脂、間苯二酚-甲醛型環氧樹脂、四酚基乙烷型環氧樹脂、三羥苯基甲烷型環氧樹脂、脂族多元醇縮水甘油醚型環氧樹脂等。

所述的縮水甘油酯類環氧樹脂為對苯二甲酸二縮水甘油酯、二聚酸二縮水甘油酯、內次甲基四氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯、鄰苯二辛酸二環氧丙酯等。