[發明專利]一種增韌型環氧樹脂的制備方法

在審

• 申請號: 201910003259.4
• 申請日: 2019-01-02
• 公開（公告）號: CN109852003A
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發明（設計）人: 冉志鵬;邱明;韓建軍
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院化工材料研究所
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08K9/10;C08K3/36;C08J3/215
• 代理公司: 四川省成都市天策商標專利事務所 51213
• 代理人: 劉渝

本發明公開了一種增韌型環氧樹脂的制備方法，以核殼結構的二氧化硅/聚丙烯酸縮水甘油酯納米粒子為添加劑，將其加入環氧樹脂，然后加入固化劑，固化后形成增韌型環氧樹脂。本發明的制備的增韌型環氧樹脂中納米粒子的添加量占環氧樹脂和固化劑總質量的1‰至3‰，環氧樹脂的沖擊強度提升50％以上，韌性顯著增加。本發明具有增韌效率高、實用經濟的特點。

技術領域

本發明涉及高分子材料技術領域，尤其涉及一種增韌型環氧樹脂的制備方法。

背景技術

環氧樹脂材料具有優良的粘結性、耐熱性、耐化學腐蝕性、機械性能和電氣性能，在航天航空及軍工行業領域被廣泛用作膠黏劑、灌封材料和結構材料。但是，環氧樹脂材料的韌性差、沖擊強度低，在使用過程中，受沖擊作用易發生裂紋、斷裂。環氧樹脂的增韌改性成為研究熱點。從上世紀九十年代開始，含柔性鏈段的交聯劑、熱塑性樹脂和橡膠彈性體等先后被用于增韌環氧樹脂，上述增韌方法的缺點在于在增加環氧樹脂韌性的同時，導致環氧樹脂的模量也顯著降低。在此背景下，無機納米粒子能夠使環氧樹脂的韌性增加的同時，保持環氧樹脂的模量不下降、甚至增加，因而是一種新型的增韌方法。但是其中的無機納米粒子用量較大，即一般文獻中報道的結果均為納米粒子含量在5％至15％時，才表現出明顯的增韌效果。

發明內容

本發明的目的在于提供一種利用核殼結構的二氧化硅/聚丙烯酸縮水甘油酯納米粒子增韌的環氧樹脂，納米粒子的添加量僅為1‰至3‰。本發明具有增韌效率高的特點。

本發明通過以下技術方案來實現上述目的：

一種增韌型環氧樹脂的制備方法，包括以下步驟：

(1)將適量的核殼結構的二氧化硅/聚丙烯酸縮水甘油酯納米粒子加入無水乙醇中，納米粒子的質量分數控制在0.1g/g～0.2g/g，通過超聲波進行分散，使納米粒子充分分散于無水乙醇中；

(2)在100g環氧樹脂中加入步驟一制得的納米粒子的無水乙醇分散液，進行充分攪拌，然后進行超聲波輔助分散；

(3)步驟二制得的混合物進行抽真空處理，抽真空至混合物中無氣泡逸出，以完全除去混合物中的無水乙醇；

(4)步驟三的混合物中加入適量的固化劑，攪拌均勻后，再次進行抽真空處理，以除去攪拌過程中混入的空氣；

(5)將步驟四制得的混合物倒入模具，控制合適的溫度進行固化，固化完成后得到增韌型環氧樹脂。

作為進一步優化，步驟一中的核殼結構的二氧化硅/聚丙烯酸縮水甘油酯納米粒子是指在粒徑300nm～500nm的二氧化硅納米粒子的外表面通過自由基聚合的方法包覆厚度為50nm～100nm的聚丙烯酸縮水甘油酯殼層，其中的聚丙烯酸縮水甘油酯是交聯的三維網絡結構。

作為進一步優化，步驟一中的核殼結構的二氧化硅/聚丙烯酸縮水甘油酯納米粒子的制備方法包括以下步驟：

(a)二氧化硅納米粒子的制備：在550ml無水乙醇中加入40m1～73.3ml濃氨水，機械攪拌10分鐘后，加入55ml正硅酸乙酯，室溫下攪拌反應至少12小時；

(b)碳碳雙鍵的修飾：在上述反應體系中一次性加入2ml～5ml甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷，繼續攪拌6小時后，離心分離，用無水乙醇和去離子水各清洗2次，得到表面修飾有碳碳雙鍵的二氧化硅納米粒子；

(c)聚丙烯酸縮水甘油酯的包覆：將上一步制得的二氧化硅納米粒子分散于500ml去離子水中，加入100mg十二烷基硫酸鈉，超聲波分散10分鐘，通氮氣約30分鐘，然后加入丙烯酸縮水甘油酯體積的2％～5％的烯丙基丙烯酸酯，0ml至5ml丙烯酸縮水甘油酯，80mg過硫酸鉀，升溫至70℃引發聚合；反應3小時，冷卻后離心分離，水洗兩次，得到聚丙烯酸縮水甘油酯表面改性二氧化硅納米粒子。