[發明專利]剝離型蒙脫土和環氧樹脂復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201010593279.0
• 申請日: 2010-12-17
• 公開（公告）號: CN102061061A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: 張文泉;王俊卿;朱學軍;尤衛民
• 申請（專利權）人: 無錫阿科力化工有限公司
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08K9/04;C08K3/34;C09C1/42;C09C3/08;C09C3/10
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所 32104
• 代理人: 曹祖良

技術領域

本發明涉及一種剝離型蒙脫土和環氧樹脂復合材料的制備方法，屬于化工領域。

背景技術

環氧樹脂是最常用的熱固性聚合物材料之一，性能上擁有很多優勢，但是固化后韌性較差，耐疲勞性不好，限制了其應用領域。尤其當用于兆瓦級風力發電葉片等對于材料的強度、韌性和耐疲勞性能有更高要求的大型復合材料制成時，必需對環氧樹脂進行改性，從而提高韌性，提高可靠程度。

環氧樹脂的增韌途徑有很多，如橡膠彈性體增韌、熱塑性樹脂增韌、互穿網絡結構增韌、柔性鏈段固化劑增韌以及無機納米粒子增韌等。與其他增韌方法比較，無機納米粒子增韌在增加體系韌性的同時，不會造成的體系強度明顯下降，具有較強的實用性。

在現有的對于環氧樹脂體系的增韌研究中，采用蒙脫土作為增韌劑的研究較多。這是因為蒙脫土來源廣泛，而且其結構是一種層狀硅酸鹽材料，結構片層厚約1nm，長寬各100nm，片層帶有正電荷，層間由Na⁺、Ca²⁺和Mg²⁺等陽離子平衡。通過帶有陽離子的有機插層劑進行離子交換，可得到有機化蒙脫土。交換后的蒙脫土呈親油性，并且層間距離增大，采用合適的方法，可以使單體或者聚合物進入有機化蒙脫土層間，從而得到聚合物和蒙脫土納米復合材料。環氧樹脂和固化劑分子均具有一定的極性，有利于它們插層到蒙脫土片層之間，因此采用蒙脫土對于環氧樹脂進行改性，可以得到蒙脫土相以納米尺度分散的復合材料。

蒙脫土和環氧樹脂復合材料的最終性能，是由蒙脫土相在材料中的存在狀態決定的。因為剝離型蒙脫土復合材料的最終性能明顯優于插層型和共混型，因此通過選擇合適的有機改性劑，加工方法以及固化條件等，來制備剝離型蒙脫土和環氧樹脂復合材料是所有此類研究的目的所在。

目前已有的關于蒙脫土改性環氧樹脂的專利中，絕大多數均采用長鏈烷基季銨鹽作為插層劑對蒙脫土進行改性，從而得到有機化蒙脫土，然后通過不同的加工方法，得到蒙脫土和環氧樹脂復合材料。公開號為“CN1250064A”、“CN1250790A”以及“CN1978525A”的發明將有機化蒙脫土、胺類化合物以及環氧樹脂混合，在一定溫度下固化從而得到插層型或者剝離型蒙脫土和環氧樹脂復合材料。公開號為“CN1462777A”和“CN1800260”的發明將有機化蒙脫土直接與環氧樹脂混合，采用混煉的方式得到了蒙脫土和環氧樹脂復合材料。公開號為“CN1354198A”的發明將有機化蒙脫土與環氧樹脂混合，通過加熱、超聲的方法，得到了剝離型蒙脫土和環氧樹脂復合材料。公開號為“CN1760264A”的發明通過加入硅烷偶聯劑，幫助環氧樹脂分子對有機蒙脫土的插層。公開號為“CN1793195A”的發明通過鄰苯二甲酸酯類對有機蒙脫土進行了溶脹，然后采用穿流式攪拌器實現了有機蒙脫土在環氧樹脂中的剝離。

以上專利中，對于有機蒙脫土改性環氧樹脂的方式，大都是依賴于通過升高溫度，增加剪切力，或者特殊分子的作用，來幫助環氧樹脂和固化劑分子進入蒙脫土層間，從而實現蒙脫土的插層乃至剝離，通過這些方式，得到的大都是插層型復合材料。這主要是因為，對于聚合物和蒙脫土體系而言，固化過程中能否滿足以下兩點，是形成剝離型蒙脫土復合材料的關鍵：(1)層間反應放出的熱量足以克服蒙脫土層間吸引力；(2)在整個體系達到凝膠點之前完成蒙脫土片層的剝離過程。通過升高混合體系的溫度以及加入特殊分子，可以增加環氧樹脂分子進入蒙脫土層間的概率和比例，但是固化過程層間和蒙脫土外部是同時進行的，并不能促進蒙脫土的剝離。而增加剪切力只能在混合過程中進行，在固化過程很難實現。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種實用性高、操作性強的剝離型蒙脫土和環氧樹脂復合材料的制備方法。

按照本發明提供的技術方案，所述剝離型蒙脫土和環氧樹脂復合材料的制備方法，特征是，包括以下工藝步驟：

(1)蒙脫土的有機化改性：

a、配制插層劑鹽溶液：將插層劑與去離子水按重量比5∶95～40∶60在常溫下混合均勻，滴加質子化試劑，至體系pH為5～7，得到插層劑鹽溶液；

b、將蒙脫土分散于相對于蒙脫土重量10～50倍的去離子水中，進行機械攪拌，攪拌速度為100～1500轉/分鐘，攪拌時間為10～60min，得到蒙脫土的懸濁液；所述蒙脫土懸濁液的pH值為7～8；

c、將蒙脫土懸濁液升溫至60～100℃后，加入插層劑鹽溶液，保持攪拌速度為100～1500轉/分鐘，繼續攪拌1～20小時，使插層劑與蒙脫土間陽離子進行充分交換；