[發明專利]離子液體修飾碳納米管/環氧樹脂復合材料及制備方法

在審

• 申請號: 201711016946.7
• 申請日: 2017-10-26
• 公開（公告）號: CN107964214A
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發明（設計）人: 陳曉婷;冀茹鑫;張雅婷;張甜甜;尹金雷
• 申請（專利權）人: 天津科技大學
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08K9/04;C08K7/24
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司12209
• 代理人: 陳娟

技術領域

本發明屬于阻燃復合材料領域，涉及一種新型的阻燃環氧樹脂，由其是一種磷酸酯型離子液體修飾碳納米管/環氧樹脂復合材料及其制備方法。

背景技術

環氧樹脂具有良好的機械性能、尺寸穩定性、高強度的粘結力及優異的電性能，被廣泛應用于電子電器、航空航天等領域。但環氧樹脂的易燃性是其固有的缺點，因此對環氧樹脂進行阻燃改性已成為該領域的重要研究課題。

碳納米管具有高長徑比、優異的熱穩定性，作為新型阻燃劑被廣泛應用于聚烯烴、聚酰胺等材料。碳納米管燃燒時可形成網絡結構的連續炭層，像防護罩一樣避免火焰的能量回饋，有效降低復合材料燃燒的熱釋放率。碳納米管阻燃材料的制備與應用一直受到國內外科研工作者的關注。

離子液體是一類在室溫或接近室溫下呈液態的融熔鹽，一般由有機陽離子和無機陰離子組成，離子液體具備非揮發性，被公認為是符合綠色化學理念的溶劑與材料。目前離子液體被用作增塑劑、潤滑劑、成核劑、抗靜電劑及阻燃劑等，在聚合物改性方面已得到廣泛的應用。離子液體修飾碳納米管提高了碳納米管在聚合物基體中分散性，同時，磷酸酯型離子液體與碳納米管協效可提高復合材料的阻燃性能。

發明內容

本發明旨在提供一種磷酸酯型離子液體修飾碳納米管/環氧樹脂復合材料及其制備法，以提高環氧樹脂的阻燃性。

實現本發明目的的技術方案為：

一種磷酸酯型離子液體修飾碳納米管/環氧樹脂復合材料，是以磷酸酯型離子液體修飾碳納米管和環氧預聚體混合，之后在固化劑作用下固化得到的復合材料，其中納米管的含量為環氧樹脂質量的0.25～2％。所述磷酸酯型離子液體修飾碳納米管是將磷酸酯型離子液體和碳納米管按質量比1：1～8的比例共混，得到的表面吸附磷酸酯型離子液體的碳納米管。

所述磷酸酯型離子液體為1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯鹽，1,3-二甲基咪唑磷酸二甲酯鹽，1，3-二乙基咪唑磷酸二乙酯鹽，1-乙基-3-丁基咪唑磷酸二乙酯鹽，1,3-二甲基咪唑磷酸二甲酯鹽，1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯鹽，1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯鹽離子液體。

所述的碳納米管為多壁碳納米管，內徑5-10nm，管徑20-40nm，管長10-30μm，純度90％。

所述的環氧樹脂為E51和E44。

本發明所述的復合材料的制備方法包括碳納米管的修飾和碳納米管與環氧樹脂混合固化過程，其特征在于：

所述碳納米管先用5％的稀硫酸超聲洗滌20min，減壓抽濾并用去離子水清洗至濾液呈中性，除去CNTs表面的硫酸，將洗滌后的CNTs于80℃干燥12h。

將磷酸酯型離子液體加到丙酮中，然后加入碳納米管，超聲分散0.5h，然后機械攪拌0.5h。

將丙酮分散液加入到預熱60℃的環氧樹脂中，60℃下機械攪拌的同時進行超聲分散1h，80℃繼續機械攪拌的同時進行超聲分散1h。抽真空2h除去丙酮。將稱量好的DDM加入上述三口燒瓶中混合均勻，繼續抽真空15min。將三口燒瓶中的混合液倒入模具中，并置于70℃真空干燥箱中抽真空1h。最后按照110℃/1h，140℃/4h，160℃/1h的工藝固化，得到復合材料。

本發明的積極效果在于：

本發明首先以磷酸酯型離子液體表面修飾碳納米管，形成表面吸附離子液體的改性碳納米管，以提高碳納米管在環氧樹脂基體中的分散性能，增強與聚合物基體的界面作用。利用碳納米管和磷酸酯型離子液體的協效阻燃作用，提高環氧樹脂復合材料的阻燃性，LOI達到30％以上。

具體實施方式

下面通過具體實施例對本發明作進一步詳述，以下實施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發明的保護范圍。

實施例1

取0.16g碳納米管和30mL丙酮加入到500mL燒瓶中，再加入0.64g1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯鹽離子液體，在功率為200W、頻率為40KHZ的超聲波清洗器中超聲分散0.5h，再強力攪拌0.5h，然后轉移到裝有64g環氧樹脂三口燒瓶中，60℃下機械攪拌的同時進行超聲分散1h，80℃繼續機械攪拌的同時進行超聲分散1h。抽真空2h除去丙酮。將稱量好的DDM加入上述三口燒瓶中混合均勻，繼續抽真空15min。將三口燒瓶中的混合液倒入模具中，并置于70℃真空干燥箱中抽真空1h。最后按照110℃/1h，140℃/4h，160℃/1h的工藝固化，得到復合材料。

實施例2

取0.16g碳納米管和30mL丙酮加入到500mL燒瓶中，再加入0.8g1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯鹽離子液體，其后步驟同實施例1。