[發明專利]一種有機硅改性不飽和聚酯三元納米復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 201610134489.0
• 申請日: 2016-03-10
• 公開（公告）號: CN105778386A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發明（設計）人: 董曉娜;饒國華;金貞玉;游勝勇;孫復錢
• 申請（專利權）人: 江西省科學院應用化學研究所
• 主分類號: C08L51/08
• 分類號: C08L51/08;C08K7/06;C08K7/00;C08K3/04;C08F283/00;C08F212/08;C08G81/00
• 代理公司: 南昌市平凡知識產權代理事務所 36122
• 代理人: 姚伯川

技術領域

本發明涉及一種有機硅改性不飽和聚酯三元納米復合材料的制備方法，屬高性能復合材料的制備和應用領域。

背景技術

隨著我國航天航空事業的快速發展，對材料的耐高溫性和力學性能等提出了嚴峻的挑戰，傳統的金屬合金材料已經不能滿足航天航空的需要，開發新型的材料來應對這種挑戰是一種必然。先進復合材料無疑是首選的材料，它是指由一些具有高性能的增強體(如碳纖維、碳納米管等)增強聚合物樹脂制備得到的復合材料，成為金屬、非金屬、高分子三大材料體系之后的第四大材料。

不飽和聚酯樹脂綜合性能好，常溫常壓下是一種粘度可控的液體，可以與多種材料復合形成復合材料。因此，其可作為一種聚合物基復合材料的基體材料，將其與無機納米填料復合可以制成高強度、高硬度的先進復合材料。然而，不飽和聚酯樹脂耐熱和傳熱性能較差，一般只適合于155℃下使用，且制品易燃燒。為了滿足特殊領域的要求，需要從不同的切入點對不飽和聚酯樹脂進行改性，以提高不飽和聚酯樹脂的性能。

有機硅樹脂因為具有優異的熱氧化穩定性、耐寒性、電絕緣性、憎水性等,可用作耐高低溫絕緣漆(包括清漆、色漆、瓷漆等),如果將有機硅鏈段通過化學反應引入到不飽和聚酯鏈段中去,則可以提高其耐熱和電氣性能，實現二者在性能方面的優缺互補，制備出一種兼具有兩者優良性能的改性樹脂，這類改性樹脂可以作為先進復合材料的基材來應用。

目前國內對于碳纖維/碳納米管/有機硅改性不飽和聚酯三元復合材料的制備鮮有報道，盡管國內近些年高性能復合材料的研制發展迅速，但與歐美發達國家相比仍存在著較大的差距。因此，開展碳纖維/碳納米管/有機硅改性不飽和聚酯的制備和研究工作對于國民生產、軍工領域以及基礎科研等都具有極其重要意義。

發明內容

本發明的目的是，針對國內高性能復合材料存在的問題，提供一種有機硅改性不飽和聚酯三元納米復合材料的制備方法。

實現本發明的技術方案是，本發明利用碳纖維和碳納米管兩種特種無機材料的協同作用增強有機硅改性不飽和聚酯環氧樹脂基體,獲得高性能的三元樹脂基復合材料。

本發明有機硅改性不飽和聚酯三元納米復合材料的制備方法包括以下步驟：

（1）以有機硅單體和去離子水為原料，以無水乙醇為介質，以稀鹽酸為催化劑制備出有機硅低聚物。

（2）以飽和二元醇、飽和二元酸、不飽和酸酐為原料合成不飽和聚酯樹脂預聚體。將上述有機硅低聚物與不飽和聚酯預聚體進行縮合反應，反應結束后向體系中加入引發劑、阻聚劑和稀釋劑即可得到有機硅改性不飽和聚酯預聚體。

（3）將有機硅改性不飽和聚酯預聚體與適量碳纖維和碳納米管高速攪拌復合即可制得碳纖維/碳納米管/有機硅改性不飽和聚酯三元復合材料。

本發明采用的有機硅單體為甲基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷或苯基三乙氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷，或上述單體的兩種或兩種以上混合物；

本發明采用的飽和二元醇為分子量為1000的聚酯二元醇或分子量為1000的聚醚二元醇或兩者的混合物；飽和二元酸為間苯二甲酸；不飽和酸酐為四氫苯酐或順丁烯二酸酐或者兩者的混合物；引發劑為過氧化苯甲酰叔丁酯或過氧化甲乙酮，阻聚劑為對叔丁基鄰苯二酚；稀釋劑為苯乙烯；碳纖維為粒度為200-500目的碳纖維粉；碳納米管為管徑為50-80nm、管長為1-10μm的多璧碳納米管；

本發明步驟（1）中去離子水與有機硅單體的質量比為1:2.0-6.5，稀鹽酸濃度為1.0mol/L；；反應溫度在40-70℃，反應時間3-4小時制備得到有機硅低聚物；

本發明步驟（2）中飽和二元醇、飽和二元酸與不飽和酸酐的摩爾比為1:（1-15）:（1-20）；反應溫度為150-200℃；

本發明步驟（3）中碳纖維、碳納米管、有機硅改性不飽和聚酯預聚體的質量比為（1-20）:（1-30）:100；

本發明步驟（3）中碳纖維、碳納米管、有機硅改性不飽和聚酯預聚體在高速分散機里面的攪拌的速度為800-3500r/min,攪拌時間為5-60min；

本發明的有益效果是，本發明合成的制品具有優異的耐化學腐蝕性能，還有著良好的導熱阻燃和力學性能，合成工藝簡便，制品可在航空、電氣電子、化工防腐、體育器材等領域得以廣泛應用。

具體實施方式

配方1：