[發明專利]金屬氧化物納米顆粒表面接枝改性有機硅樹脂耐熱材料的制備方法

有效

• 申請號: 201310316858.4
• 申請日: 2013-07-25
• 公開（公告）號: CN103450691A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 徐慧芳;黃玉東;劉麗;張春華;苑成策;張群
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C08L83/08
• 分類號: C08L83/08;C08L83/06;C08K9/06;C08K3/22;C08G77/26;C08G77/18
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

技術領域

本發明涉及金屬氧化物納米顆粒表面接枝改性有機硅樹脂耐熱材料的制備方法。

背景技術

有機硅樹脂由于其良好的加工性和耐熱性，被廣泛應用于熱防護涂層，復合材料等國防、航空航天和民用領域。現有的提高其耐熱性的方法主要是采用耐熱性組分與有機硅進行化學改性或物理共混，其中耐高溫金屬氧化物價格低、耐熱性能好，是優選的改性材料。制備金屬氧化物改性有機硅樹脂的傳統方法是采用商品化耐高溫金屬氧化物與有機硅樹脂進行共混，但由于商品化材料表面功能基團少，在有機硅樹脂中分散差，從而影響了其性能。而利用金屬醇鹽與有機硅單體進行溶膠-凝膠共聚反應，將金屬氧化物連接到其分子鏈上，該種方法中由于有機硅單體與金屬醇鹽反應速率不匹配，難以實現對其結構的調控。以上問題都會導致金屬氧化物在有機硅樹脂中分散不均勻，相互作用弱，結構穩定性差等問題。

發明內容

本發明是為了解決現有的金屬氧化物改性有機硅樹脂結構難以控制、金屬氧化物顆粒在有機硅樹脂中分散性差以及產物耐熱性差的問題，提出了納米金屬氧化物表面接枝改性有機硅樹脂耐熱材料的制備方法。

本發明金屬氧化物納米顆粒表面接枝改性有機硅樹脂耐熱材料的制備方法，是按以下步驟進行的：

一、將前驅體與溶劑A混合配制成質量濃度為15%～30%的前驅體溶液，再滴加入摩爾濃度為0.1～6mol/L催化劑，超聲處理15min～25min，然后在50～80℃下回流12～24h，得到金屬氧化物；其中催化劑與前驅體溶液的體積比為1：10，其中溶劑A為乙醇、正丁醇、異丙醇或正丙醇；

二、將金屬氧化物分別用正丁醇、異丙醇和正丙醇離心洗2～4次，然后用溶劑B離心洗1～3次，再按金屬氧化物與溶劑B的質量體積比為（20g～50g）：100mL的比例分散于溶劑B中，得到混合物A；其中溶劑B為無水乙醇或丙酮；

三、向混合物A中加入3-(2,3-環氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，然后在60～80℃下攪拌回流10～24h，再用乙醇離心洗滌3～5次得到官能團改性的金屬氧化物納米顆粒，然后將官能團改性的金屬氧化物納米顆粒分散到乙醇中，得到納米顆粒和溶劑的混合物；其中混合物與3-(2,3-環氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷體積比為5：（0.1～1），官能團改性的金屬氧化物納米顆粒與乙醇的質量體積比為（10g～50g）：100mL;

四、在50～65℃下，將混合物B滴加到混合物C中保溫攪拌1～3h，得到硅樹脂預聚物；其中混合物B與混合物C的體積比為2.5：5～10，混合物B是由甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、正硅酸乙酯、苯基三乙氧基硅烷和氨丙基三乙氧基硅烷按體積比（10～15）：（1～5）：（0～3）：（0～3）：1.0的比例混合而成；混合物C是由蒸餾水、乙醇和丙酮按體積比為1.5:（20～35）:（5～15）的比例混合而成：

五、取步驟三得到的納米顆粒和溶劑的混合物與步驟四得到的有機硅樹脂進行超聲混合5～15min，然后在30～50℃下加熱攪拌1～3h，得到金屬氧化物改性的有機硅樹脂；

六、將金屬氧化物改性的有機硅樹脂置于室溫下，室溫干燥后，再于烘箱中加熱，然后降至室溫，得到金屬氧化物納米顆粒表面接枝改性有機硅樹脂耐熱材料，即完成金屬氧化物納米顆粒表面接枝改性有機硅樹脂耐熱材料的制備；其中金屬氧化物占金屬氧化物接枝改性的有機硅樹脂固化產物總質量的3～40%。