[發明專利]基于氮化硼納米顆粒的環氧樹脂復合材料的制備方法

無效

• 申請號: 201210058371.6
• 申請日: 2012-03-07
• 公開（公告）號: CN102604330A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 杜伯學;張紀偉;胡文佳;高宇;劉勇
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08K9/06;C08K3/38
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王麗英

技術領域

本發明涉及納米復合材料制備方法領域，尤其涉及基于氮化硼納米顆粒的環氧樹脂復合材料的制備方法。

背景技術

自20世紀80年代以來，隨著納米復合材料的出現和納米技術的形成，聚合物/納米復合材料以其卓越的綜合性能引起了人們的廣泛關注，已制備出各種類型的納米復合材料，如聚酰亞胺/納米BN、尼龍/納米BN、聚甲基丙烯酸甲酯/納米BN等。氮化硼(BN)是一種粉末狀多晶型化合物，其具有許多優異的物理化學特性，例如穩定性高、無毒性、紫外光吸收性能好、生物生理穩定性高等。納米氮化硼(BN)具有許多特殊性能，比如表面效應、體積效應、量子尺寸效應、宏觀量子隧道四大效應，從而使其與普通氮化硼相比具有許多特殊性能。納米氮化硼是無機納米半導體材料BN中極其重要的一種納米材料，是一種穩定的無毒紫外光吸收劑，納米BN還具有很好的光催化作用，在光照條件下能夠降解有機污染物、殺死細菌。納米氮化硼在水處理、催化劑載體、紫外線吸收劑、光敏性催化劑、防曬護膚化妝品、光電子器件等領域具有廣泛的用途。而在高聚物的基體材料中，環氧樹脂以其優異的粘接性、耐磨性、機械強度、電絕緣性能、化學穩定性、耐高低溫性、收縮率低、易加工成型和成本低廉等特性，廣泛用于電子電器、工程建設等方面。但由于純環氧樹脂固化后呈三維交聯網絡結構，交聯密度高，內應力大、質脆、抗沖擊韌性差等缺點，難以滿足日益發展的工程技術的要求，使其應用受到一定的限制。因此，近幾十年來逐步發展了應用橡膠類彈性體、熱塑性樹脂、液晶聚合物(TLCP)、納米材料等對環氧樹脂的多種改性方法。然而，前三種方法在改善韌性的同時，材料的耐熱性和其它力學性能(如拉伸強度、彈性模量等)則有所下降；TLCP改性法因成本昂貴難以實現工業化。納米改性環氧樹脂的復合材料具有卓越的綜合性能，并且成本適中，成為目前研究的一大熱點。目前，改性研究的方法報道較多的主要有以下幾種：插層復合法、共混法及溶膠-凝膠法。

(1)共混法是其中操作較為簡單、應用范圍很廣泛的方法，分為物理法和化學法兩種：

物理法--通過球磨、研磨、膠體磨和超聲波法等分散納米粒子，其中超聲波法效果最好；

化學法--使用偶聯劑對納米粒子進行表面改性，也就是通過物理吸附和化學吸附改善納米粒子的表面可潤濕性，增強納米粒子在環氧樹脂中的界面相容性，使納米粒子在環氧樹脂中均勻分散獲得良好的納米效應。

該方法存在的不足之處：該方法混合較為均勻但是容易在成型以及混合過程中出現氣泡。

(2)溶膠-凝膠法通常有兩種方式：一是將在溶膠-凝膠過程中制得的多孔無機材料浸漬在單體中，使其吸附單體，然后縮合得到IPN型有機/無機復合材料；二是在溶膠-凝膠過程中直接引進聚合物，在無機相和有機相之間形成化學鍵，最后得到均一的有機/無機復合材料。

該方法存在的不足之處：該方法混合較為稀薄的溶液時是可以很容易做到的，但是像環氧樹脂等粘稠度比較大的基體應用上述方法時容易在無機材料空隙中出現氣泡。

(3)插層法是根據層狀無機物在一定驅動力下能破碎成納米尺寸的結構微區，其片層間距一般為納米級，可容納單體和聚合物分子的原理形成的；利用該技術能制成聚合物嵌入夾層的“插層型納米復合材料”和片層均勻分散在聚合物中的“剝離型納米復合材料”。原位分散技術是應用在位填充，是納米粒子在單體中均勻分散再進行聚合的方法，由于單體分子小、黏度低，納米粒子表面經處理后容易分散，保持了納米粒子的納米特性和體系的均勻性以及各項性能的穩定性。

該方法存在的不足之處：該方法雖然較好的解決了混合均勻性等不足，但是該方法的應用范圍較窄，像環氧樹脂中摻加納米顆粒就很難應用該方法。

綜上所述，無機納米粒子摻加到聚合物基體中時會達到普通聚合物材料不能具有的優良性能，首先需要做到納米顆粒在基體中分散均勻且無其他氣泡等影響因素。在現有的方法中BN納米顆粒摻加進環氧樹脂后會很容易出現混合不均勻、以及有氣泡產生等方面的不足，而且即便是比較好的制備方法，其工序復雜，需要的設備裝置造價高昂，很難在實驗室的條件下實現和推廣應用。因此在制備過程中如果出現以上問題，制備流程簡易性不高，而且實驗數據可靠性的把握難度將增大。

發明內容

本發明的目的在于克服已有技術的缺陷，提供一種既可以保證納米顆粒與環氧樹脂基體混合均勻，又可以消除氣泡的影響因素的基于氮化硼納米顆粒的環氧樹脂復合材料的制備方法。

本發明的基于氮化硼納米顆粒的環氧樹脂復合材料的制備方法，它包括以下步驟：

(1)對氮化硼納米顆粒的表面進行改性，具體步驟為：