[發明專利]液晶環氧/蒙脫土共混改性環氧樹脂制備復合材料的方法

有效

• 申請號: 201210151706.9
• 申請日: 2012-05-16
• 公開（公告）號: CN102643517A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 徐旭;郭棟;劉括;李善榮
• 申請（專利權）人: 桂林理工大學
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08K9/04;C08K3/34;C08G59/06;C08G59/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明所屬技術領域為材料化學領域，特別涉及一種液晶環氧/蒙脫土共混改性環氧樹脂制備復合材料的方法。

背景技術

環氧樹脂(EP)具有優異的粘接性、機械強度和電絕緣性等特性，廣泛用于澆注材料、粘接劑、涂料、復合材料等領域。但因其固化物交聯密度高，存在拉伸強度低、脆性大、沖擊韌性差等缺點，因而限制了它在一些特殊領域的使用。

納米蒙脫土系蒙皂石粘土（包括鈣基、鈉基、鈉-鈣基、鎂基蒙粘土）經剝片分散、提純改型、超細分級、特殊有機復合而成，平均晶片厚度小于25nm，蒙脫石含量大于95%。具有良好的分散性能，可以廣泛應用高分子材料行業作為納米聚合物高分子材料的添加劑，提高抗沖擊、抗疲勞、尺寸穩定性及氣體阻隔性。

目前對環氧樹脂的增韌改性方法已有很多，其中以液晶、有機蒙脫土或其它納米剛性粒子增韌改性環氧樹脂，所得復合材料具有高強度、高模量、耐熱性能優越等，受到人們的廣泛關注。但在改性環氧樹脂的時候同時引入熱致性液晶和有機改性蒙脫土共混改性的概念目前尚未被使用過。

發明內容

本發明的目的是提供一種液晶環氧/蒙脫土共混改性環氧樹脂制備復合材料的方法，該方法采用自行合成的液晶環氧?(PHQEP)和有機改性蒙脫土共混改性環氧樹脂，制備的復合材料實現了液晶基元和蒙脫土片層性能的優勢互補，綜合性能提升明顯。

具體步驟如下：

(1)對苯二酚二對羥基苯甲酸酯(PHQ)的合成

按摩爾比2~?4:1:0.06~0.1稱取對羥基苯甲酸、對苯二酚和催化劑對甲苯磺酸溶于二甲基甲酰胺(DMF)，在N₂保護下加熱至160~180℃反應2.5~3小時，得到紅棕色粘稠狀物質，冷卻至室溫，用乙醇或甲醇洗滌3~4次，得到白色固體，在80~100℃的真空干燥箱中烘干，得到白色固體粉末即為對苯二酚二對羥基苯甲酸酯(PHQ)；

(2)液晶環氧(PHQEP)的合成

按摩爾比1:5~20稱取步驟(1)制得的對苯二酚二對羥基苯甲酸酯(PHQ)和環氧氯丙烷，混合均勻后加入摩爾量為對苯二酚二對羥基苯甲酸酯0.001~0.002倍的相轉移催化劑四丁基溴化銨，在N₂保護和攪拌作用下加熱至130~150℃，反應至透明，減壓蒸餾出部分環氧氯丙烷，然后降溫至70~75℃，緩慢滴加摩爾量為對苯二酚二對羥基苯甲酸酯2~3倍的質量百分百濃度為45%的氫氧化鈉溶液，在2小時內滴完氫氧化鈉溶液后繼續反應3小時，然后用丙酮洗滌過濾，濾出物用蒸餾水洗滌2~3次，然后用體積比為5:2的丙酮/乙醇混合溶劑洗滌2~3次，于80~100℃真空下烘干，得白色固體即為液晶環氧(PHQEP)；

(3)有機改性蒙脫土(OMMT)的制備

稱取質量比為1:0.02~0.05蒙脫土和十六烷基三甲基溴化銨置于30~50倍體積蒸餾水中，劇烈攪拌2~3小時，靜置，除去下層含沙層，上層懸浮液抽濾，用去離子水洗至無溴離子，于60~70℃?真空干燥箱內干燥24?小時，得到有機化改性后的蒙脫土(OMMT)；

(4)液晶環氧/蒙脫土共混改性環氧樹脂制備復合材料

制備復合材料的原料質量百分比為：步驟(2)制得的液晶環氧4~8%、步驟(3)制得的有機改性蒙脫土0.5~2.5%、環氧樹脂55~70%、4，4′-二氨基二苯砜25~35%，所有組分質量百分比之和為100%；

按質量百分比0.5~2.5%:4~8%:55~70%稱取有機改性蒙脫土、液晶環氧和環氧樹脂，減壓抽氣加熱經超聲波振動分散均勻后加入質量百分比為25~35%的4，4′-二氨基二苯砜（DDS），待DDS全部熔化后倒入在60℃下預熱1小時的涂有硅酯的鋼模具中，真空脫氣20分鐘，于120℃/2小時?+?160℃/2小時?+?180℃/2小時固化反應，即得液晶環氧/蒙脫土共混改性環氧樹脂制備復合材料；

所述蒙脫土是鈉基蒙脫土，為工業級；所述十六烷基三甲基溴化銨和4，4′-二氨基二苯砜（DDS）為分析純；所述環氧樹脂是E-51，為工業級；其余化學試劑均為化學純。

本方法采用簡單的合成過程制備出一種環氧液晶/蒙脫土共混改性環氧樹脂復合材料，具有以下優點：

(1)制備工藝簡單、操作容易、無污染，所需設備也比較簡單，在成本方面有一定的降低，可以用于大規模生產；

(2)制備的復合材料實現液晶基元和蒙脫土片層性能的優勢互補，其綜合性能提升明顯；

(3)環氧液晶和有機改性蒙脫土能夠均勻分散在環氧樹脂基體中，改善了物料的加工性能。