[發明專利]一種高強度熱固性樹脂水凝膠材料的制備方法

有效

• 申請號: 202110522164.0
• 申請日: 2021-05-13
• 公開（公告）號: CN113278164B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 張帥;孫弘毅;夏舜珂;汪淑賢;黃宇敏;劉孝波
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08G73/06;C08L79/04
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 王攀

本發明涉及高性能熱固性樹脂的加工方法及功能化應用領域，公開了一種高強度熱固性樹脂水凝膠材料的制備方法，通過高活性催化劑催化在中低溫下交聯得到有機溶劑凝膠，再通過溶劑置換的方式得到熱固性樹脂水凝膠，不僅可以改進苯并噁嗪樹脂的加工工藝性，而且可以提高水凝膠材料的力學強度，所制備得到的熱固性樹脂水凝膠具有高力學強度、高韌性，可作為一種新型的水環境下使用的高性能樹脂基體，滿足了適用于水環境、濕環境的高強度結構材料以及結構?功能一體化材料的使用需求。

技術領域

本發明涉及高性能熱固性樹脂的新型加工方法及功能化應用領域，更具體的說是涉及一種中低溫固化的高力學強度熱固性樹脂水凝膠復合材料的制備方法。

背景技術

高性能熱固性樹脂以及基于其的高性能復合材料、功能材料等在汽車、船舶、航空、航天、武器裝備等領域具有巨大的需求和極為廣泛的應用前景。但是在實際應用的過程中，高性能熱固性樹脂的固化過程通常需要較高的固化溫度，較長的固化時間，所以對加工過程的控制和設備要求很高。除此之外，熱固性樹脂還面臨著固化物脆性大，抗沖擊和彎曲性能不佳的問題。因此，降低熱固性樹脂的固化反應溫度，縮短固化時間，以及提高熱固性樹脂的韌性是目前熱固性樹脂的實際應用中亟待解決的問題，開發可在水環境、濕環境中長期穩定服役的高性能熱固性樹脂材料具有重要的戰略意義。

苯并噁嗪樹脂，是一種近幾十年新開發出來并正逐步實現商業化的新型高性能熱固性樹脂，其具有類似甚至優于酚醛樹脂的力學和熱性能，也具有同環氧樹脂一樣的開環聚合方式，因此具有不錯的加工工藝性。由于其靈活的分子設計性，通過改變其單體化學結構，可以實現對最終聚合物性能的簡便、大幅度調控。一般來說，性能較好的苯并噁嗪樹脂的玻璃化轉變溫度(T_g)可以實現在150-400^℃的范圍內調節，同樣的，其氮氣氛圍下800^℃的殘炭率(Y_c)在30％-80％的范圍內，因此這一類樹脂可以適應很寬的使用溫度范圍和很多的應用場景。除了優異的熱性能之外，其高強、高模、固化無收縮、固化無小分子放出等一系列優點使其成為高性能復合材料的優秀基體材料，也因此在航空、航天、汽車船舶等領域具有很好的應用前景。但是，苯并噁嗪樹脂在實際應用的過程中面臨兩個突出的問題：1.固化溫度高，大部分苯并噁嗪樹脂的固化溫度不低于200^℃；2.固化物脆性大，由于苯并噁嗪樹脂的剛性氫鍵含量較高而化學交聯密度較低，其韌性要低于常用的環氧樹脂體系。因此，如何解決以上兩個問題是突破苯并噁嗪樹脂的應用瓶頸，發揮其更大用途的關鍵所在。

現有的水凝膠材料多用于生物醫藥、柔性電子等領域，其力學強度均較低，不可能用作高強度結構材料的基體，而無論是熱固性還是熱塑性聚合物在水環境、濕環境中使用時均會面臨吸水溶脹、性能降低甚至是斷鏈降解的問題。除此之外，作為一種新型高性能熱固性樹脂的苯并噁嗪，其固化溫度往往需要達到200℃左右，且固化物韌性差，在作為結構材料使用的時候不耐沖擊、缺陷影響極大。為制備得到具有良好韌性的適用于水環境、濕環境的高強度結構及結構-功能一體化材料，基于高性能熱固性樹脂的水凝膠材料是一個創新且有潛力的思路，并且當前沒有從苯并噁嗪樹脂單體出發制備水凝膠的專利及其他文獻報道。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種高強度熱固性樹脂水凝膠材料的制備方法，通過高活性催化劑催化在中低溫下交聯得到有機溶劑凝膠，再通過溶劑置換的方式得到熱固性樹脂水凝膠，不僅可以改進苯并噁嗪樹脂的加工工藝性，而且可以提高水凝膠材料的力學強度，所制備得到的熱固性樹脂水凝膠具有高力學強度、高韌性，可作為一種新型的水環境下使用的高性能樹脂基體，滿足了適用于水環境、濕環境的高強度結構材料以及結構-功能一體化材料的使用需求。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種高強度熱固性樹脂水凝膠材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將五氯化磷粉末溶解到N,N-二甲基甲酰胺中，得到無色透明或淡黃色透明的澄清溶液；