[發明專利]一種用于改性氰酸酯樹脂的功能化中空二氧化硅的合成方法

在審

• 申請號: 201910948959.0
• 申請日: 2019-10-08
• 公開（公告）號: CN110627073A
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發明（設計）人: 焦劍;王瑾;王佳;官梓怡;袁凱;李威霖
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C01B33/14
• 分類號: C01B33/14;B82Y40/00;B82Y30/00;C08K9/06;C08K7/26;C08L79/04
• 代理公司: 61204 西北工業大學專利中心
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種用于改性氰酸酯樹脂的功能化二氧化硅的合成方法，屬于雷達防護罩用基體材料技術領域。其包括如下步驟:溶膠?凝膠法、溶劑熱法和高溫固化制備POSS?HSNs/CE復合材料。本發明采用溶膠?凝膠法并結合有機化改性合成功能化的中空二氧化硅(HSNs)。首先是模板法，模板劑存在時其表面形成二氧化硅殼層后溶解模板劑，得到中空結構完整且封閉中空二氧化硅納米粒子，模板劑在整個過程中起保護和支撐孔結構的作用。向其表面引入有機官能團以提高與氰酸酯樹脂(CE)的鍵合作用能力，本發明使用硅烷偶聯劑和帶特殊基團的籠型倍半硅氧烷(POSS)對納米粒子表面進行修飾。

技術領域

本發明屬于雷達防護罩用基體材料技術領域，涉及一種用于改性氰酸酯樹脂的功能化中空二氧化硅的合成方法。

背景技術

性能優異的透波材料主要應用于飛機、衛星、導彈等航空航天結構復合材料的基體，雷達的防護罩以及高性能電子設備印刷電路板的基材等領域?，F代航天航空事業以及電子設備領域的快速發展，對于高溫、寬頻下的材料的透波性能提出了更高的要求，透波材料在實際應用中不僅需要具備低的介電常數(ε)和較小的介電損耗(tanδ)，還應該具備良好的耐熱性及加工性。

氰酸酯樹脂各方面性能比較優良，介電性能優異，十分適合作為透波材料的樹脂基體，因而氰酸酯樹脂在航空航天、高性能電路板等領域已有廣泛的應用，然而CE 樹脂的反應固化溫度高、韌性差。氰酸酯樹脂在固化時會形成三嗪環結構,這種三嗪環結構會在增加機械性能的同時減弱材料的界面強度，使得聚合物的脆性增加，使其應用受到了限制，目前發現降低介電常數最有效的方法是通過物理或化學方法向材料中引入孔隙，孔隙中包含有大量的空氣，使高分子介電性能得到提高。

籠型倍半硅氧烷POSS被用于制備具有高介電性能和高力學性能的復合材料上。POSS會使堆砌密度降低，也會使自由體積或孔隙率的增加，可以提高復合材料的介電性能和韌性。氨基和環氧基可與CE中含有的氰酸酯鍵反應，提高樹脂基體與納米粒子的界面強度，因而可使用官能團為氨基或環氧基的POSS用于改性CE，但大量的 POSS的引入不利于聚合物力學性能和熱性能的提高。而與POSS相比，介孔二氧化硅存在更高的孔體積和更為剛性的無機骨架結構，因此介孔二氧化硅的加入可以有效降低聚合物的ε而不會降低其力學性能和熱性能。課題組在前期的工作中，采用了介孔二氧化硅對CE樹脂進行了改性，但由于介孔二氧化硅的開放性孔道，CE樹脂向其孔道中滲透，并進行填充。

中空的納米二氧化硅(HSNs)是一種空隙封閉的納米粒子，將其引入CE中可以提高CE復合材料中的孔隙率，同時其上含有大量的羥基，為其改性提供了條件。通過向其上引入適當的基團，在它與CE間形成化學鍵合，可以提高兩者間的界面強度。因此，基于POSS在增韌和HSNs在空隙含量和增強增剛上的優勢，將兩者特點結合起來用于聚合物的改性中，有望得到具有低介電系數、高力學強度和韌性的材料。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種用于改性氰酸酯樹脂的功能化中空二氧化硅的合成方法。采用溶膠-凝膠法合成中空二氧化硅，利用先在模板的表面形成二氧化硅殼層后溶解模板劑的方法，得到中空結構完整且封閉中空二氧化硅納米粒子，模板劑在整個過程中起保護和支撐孔結構的作用。再通過溶劑熱法向其表面引入有機官能團以提高與氰酸酯樹脂(CE)的鍵合作用能力。

技術方案

一種用于改性氰酸酯樹脂的功能化中空二氧化硅的合成方法，其特征在于步驟如下：

步驟1、溶膠-凝膠法制備HSNs納米粒子：