[發明專利]一種基于POSS的具有可控相結構的環氧納米復合材料

有效

• 申請號: 201310027660.4
• 申請日: 2013-01-24
• 公開（公告）號: CN103146146A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 戴李宗;陳珉;張龍;謝劍杰;康啟龍;李聰;許一婷;曾碧榕;羅偉昂;何凱斌;劉新瑜
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: C08L63/02
• 分類號: C08L63/02;C08L53/00;C08G59/50;C08K5/549;C08F293/00
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭

技術領域

本發明涉及一種基于POSS的環氧納米復合材料及其制備方法，尤其涉及一種具有增強效果的可控相結構的基于POSS的環氧納米復合材料，屬有機高分子材料領域。

背景技術

隨著社會的飛速發展和進步，具有多種優異性能的功能性新材料已成為科技發展重要方向。在此需求的推動下，越來越多的研究者對有機-無機納米復合材料表示了巨大的研究興趣。有機-無機納米復合材料之所以受到研究者們的青睞，因其綜合了聚合物的優點（如低密度、易加工、韌性）以及無機材料的優點（如高模量、高硬度、不易燃）。

近年來，可控結構的無機納米粒子團簇，例如多面體齊聚倍半硅氧烷（Polyhedral?oligomeric?silsesquioxanes，簡稱POSS）的出現為有機-無機納米復合材料的制備提供了一種有效途徑。多面體齊聚倍半硅氧烷（POSS）典型分子式為(RSiO_1·5)_n（n≥4,R=H、烷基、芳基或有機官能基團），硅和氧構成其無機的結構中心，結構中心外圍被有機取代基所包圍。硅氧籠型骨架賦予其無機材料的優異性能，外圍的有機基團又為其參與構建復合材料提供了機會。基于POSS的聚合物基納米復合材料可以通過POSS與聚合物或反應型共聚共混體系直接共混得到，也可通過POSS的反應性有機基團接枝、共聚到聚合物鏈上。

眾所周知，環氧樹脂已成為應用最為廣泛的商業化樹脂之一，無論是電子、航天還是自動化領域，環氧樹脂都發揮著極為重要的作用。然而，環氧樹脂因其自身僵化的交聯網絡結構具有脆性大、斷裂韌性低等致命的弱點。近年來，利用POSS的單體或聚合物與環氧樹脂構筑有機-無機納米復合材料以實現環氧性能改進的研究受到越來越廣泛的關注。利用多元組分在環氧體系中構筑納米結構能夠有效的實現環氧樹脂的“納米結構強化”。

Maria?J.Abad等（Abad,M.J.,et?al.,Macromolecules,2003.36(9):p.3128-3135.）通過兩步法將高含量的POSS成功引入環氧樹脂中，POSS與二胺以1：1的摩爾比完全反應。Zeng等（Zeng,K.,et?al.,Polymer,2009.50(2):p.685-695.）合成了七（三氟丙基）POSS封端的PCL、PEO聚雙酚A醚并把它們用作環氧樹脂改性劑來原位構筑納米復合材料。Ni等（Ni?C,et?al.,Colloid&Polymer?Science,2009,288(4):469-477.）通過丁基縮水甘油醚與胺基丙基POSS反應，得到了具有反應性羥基與胺基的POSS，其加入到環氧樹脂中，可提高環氧樹脂的機械性能與熱性能。張增平等（張增平，梁國正，劉繼三，謝建強，管興華，籠型倍半硅氧烷POSS-環氧雜化樹脂體系固化反應動力學及性能研究，中國膠粘劑，2007，16（9）：1-4）采用籠型齊聚倍半硅氧烷（POSS）改性雙酚A型環氧樹脂E51，得到耐熱性提高的有機無機雜化樹脂。李齊方等（李齊方，盧鵬，中國專利，CN102815071A）采用獨特的單異氰酸酯基籠型倍半硅氧烷（POSS）對環氧分子進行接枝改性，獲得高耐熱、低介電的環氧樹脂。張春玲等（張春玲，劉博，孫國恩，白雪濤，中國專利，CN102492116A）將八環氧基POSS單體引入到環氧樹脂結構體系中，形成了網絡交聯結構，沒有相分離。目前，利用POSS的單體或聚合物與環氧樹脂構筑有機-無機納米復合材料的研究已取得較大進展，但上述研究報道均未涉及一種POSS基嵌段共聚物的增容POSS單體與環氧直接物理共混體系的環氧納米復合材料。

發明內容

本發明旨在提供一種基于POSS的具有可控相結構的環氧納米復合材料及其制備方法。

本發明所涉及的一種基于POSS的具有可控相結構的環氧納米復合材料采用POSS基嵌段共聚物增容POSS單體與環氧樹脂直接共混體系，有效改善POSS單體與環氧樹脂的相容性，制備得具有納米級可控相結構的基于POSS的環氧納米復合材料。上述環氧納米復合材料中，POSS組分以納米粒子的形式均勻分散在環氧體系中，實現環氧體系納米級可控相結構的構筑，可有效增強環氧樹脂。該環氧納米復合材料制備方法簡單，可操作性強，易于實現工業化。

本發明采用以下技術方案：步驟一，POSS基嵌段共聚物的制備，采用可逆加成斷裂轉移自由基聚合（RAFT）法制備POSS基嵌段共聚物；步驟二，基于POSS的環氧納米復合材料的制備，將POSS基嵌段共聚物，POSS單體與環氧樹脂熔融共混，攪拌成均相后加入固化劑，倒入模具程序固化，制備得到基于POSS的環氧納米復合材料。