[發明專利]一種納米纖維素環氧樹脂復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810364417.4
• 申請日: 2018-04-20
• 公開（公告）號: CN108467570B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 吳敏;魏孜博;趙陽;黃勇
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所;中國科學院大學
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08L97/02;C08J3/00
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 趙曉丹

本發明公開一種納米纖維素環氧樹脂復合材料及其制備方法。本發明納米纖維素環氧樹脂復合材料的制備方法包括：將纖維素原材料與環氧樹脂共混，纖維素原材料機械解纖，得到分散均勻的納米纖維素環氧樹脂漿料；將納米纖維素環氧樹脂漿料和環氧樹脂固化劑混勻，除氣泡，固化成型，得到納米纖維素環氧樹脂復合材料。本發明進一步公開了上述制備方法制備得到的納米纖維素環氧樹脂復合材料。本發明納米纖維素環氧樹脂復合材料的纖維素原料來源廣泛、價格低廉，納米纖維素的制備和在環氧樹脂中的分散同時進行，簡化了實驗步驟，工藝簡單。另外，本發明制備方法無需使用溶劑，綠色環保，省去了脫除溶劑步驟，避免了因溶劑殘留對材料性能的影響。

技術領域

本發明涉及復合材料技術領域。更具體地，涉及一種納米纖維素環氧樹脂復合材料及其制備方法

背景技術

環氧樹脂是聚合物基復合材料應用最廣泛的基體樹脂。它的分子中含有兩個或兩個以上環氧基團，可以與多種含有活性官能團的物質發生交聯反應而形成具有三維網絡結構的高分子聚合物，具有強度高、絕緣、阻燃、耐腐蝕等優良性能，廣泛應用在國防、電子、粘結劑等領域。然而環氧樹脂材料由于交聯密度高，存在的內應力大，質脆，當環氧樹脂材料在受到外力作用時，容易發生脆性破壞，一定程度上限制了環氧樹脂的應用。為此，需要對環氧樹脂進行增強增韌改性。

納米纖維素是直徑在納米尺度，有著高長徑比(＞100)的纖維，有著密度低、力學性能好以及長徑比大等特點，有利于對環氧樹脂進行增強增韌，使復合材料輕量化。

但是，在目前納米纖維素環氧樹脂復合材料的制備工藝中，常常是先制備好納米纖維素，之后再將制備好的納米纖維素分散到溶劑中，得到納米纖維素的懸濁液，之后與環氧樹脂及固化劑混合，分散均勻后除去溶劑后固化；或者將納米纖維素固體直接分散在環氧樹脂及固化劑中分散后固化。將納米纖維素懸濁液加入環氧樹脂中，首先需要使用大量溶劑，增加了成本和環境污染。其次溶劑難完全脫出，殘留的溶劑會形成制品缺陷造成產品質量問題。直接將納米纖維素固體加入到環氧樹脂中又存在混合不均勻等問題，造成材料中易出現缺陷。此外，提前將纖維素納米化得到的納米纖維素又不易保存，容易出現團聚現象。

關于將植物纖維素類原料在環氧樹脂中直接機械剝離成納米纖維素并均勻分散，之后和環氧樹脂固化劑混合、固化制備納米纖維素環氧樹脂復合材料，目前在國內外都未曾見報道。

因此，需要提供一種工藝簡單，綠色環保的納米纖維素環氧樹脂復合材料的制備方法，以解決上述問題中至少一個。

發明內容

本發明的一個目的在于提供一種納米纖維素環氧樹脂復合材料的制備方法，有效解決環氧樹脂中納米纖維素的分散問題和溶劑殘留問題。

本發明的另一個目的在于提供上述制備方法制備得到的納米纖維素環氧樹脂復合材料。

為達到上述目的，本發明采用下述技術方案：

本發明提供了一種納米纖維素環氧樹脂復合材料的制備方法，包括以下步驟：

1)將纖維素原材料與環氧樹脂共混，纖維素原材料機械解纖，得到分散均勻的納米纖維素環氧樹脂漿料；

2)將納米纖維素環氧樹脂漿料和環氧樹脂固化劑混勻，除氣泡，固化成型，得到納米纖維素環氧樹脂復合材料。

在本發明具體的實施方式中，所述纖維素原材料為天然植物類I型纖維素，包括但不限于玉米芯、紙漿、木漿、棉纖、麻等。

在本發明具體的實施方式中，所述環氧樹脂為室溫條件下為液態的環氧樹脂中的一種或幾種的混合物，包括但不限于雙酚A型環氧樹脂、雙酚F型環氧樹脂、雙酚S環氧樹脂、鹵化環氧樹脂、甘油環氧樹脂、有機鈦環氧樹脂、脂環族環氧樹脂等。

在本發明具體的實施方式中，所述機械解纖在機械力化學反應裝置內解纖；所述機械力化學反應裝置包括但不限于行星式球磨機、共振式球磨機、磨盤式力化學反應器、共振盤磨機。