[發(fā)明專利]一種原位反應(yīng)法制備環(huán)氧樹脂改性的纖維素納米顆粒及其應(yīng)用

在審

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• 申請日: 2023-01-09
• 公開（公告）號(hào): CN116144057A
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李小保;葉菊娣;夏雯霞
• 申請（專利權(quán)）人: 南京林業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C08J5/18
• 分類號(hào): C08J5/18;C08G81/00;C08L63/02;C08L87/00
• 代理公司: 南京智轉(zhuǎn)慧移知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32649
• 代理人: 王偉

本發(fā)明公開了一種原位反應(yīng)法制備環(huán)氧樹脂改性的纖維素納米顆粒及其應(yīng)用，屬于薄膜材料領(lǐng)域。該方法以E44環(huán)氧樹脂和CNC為原料，反應(yīng)生成CNP/E44；然后加入雙酚A，制備獲得CNP/EP；加入固化劑、刮膜，得到CNP/EPF。與現(xiàn)有的納米纖維素/有機(jī)溶劑型環(huán)氧樹脂復(fù)合材料相比，原位反應(yīng)法制備的CNP?g?E44可以同時(shí)增強(qiáng)和增韌有機(jī)溶劑型環(huán)氧樹脂薄膜，具有很好的實(shí)用性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于薄膜材料領(lǐng)域，具體涉及到一種纖維素納米顆粒/環(huán)氧樹脂薄膜及其制備方法和改性纖維素納米顆粒。

背景技術(shù)

環(huán)氧樹脂(EP)是聚合物基復(fù)合材料中應(yīng)用最廣的基體樹脂，具有優(yōu)異的力學(xué)性能、穩(wěn)定的化學(xué)性能、易加工、成本低等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電子材料、航空航天等領(lǐng)域。然而傳統(tǒng)的EP固化后，存在韌性不足、抗沖擊性能差等缺點(diǎn)。因此，對EP進(jìn)行改性，提高其力學(xué)性能具有重要意義。

目前，常用的改性方法包括納米填料改性和化學(xué)改性環(huán)氧樹脂或固化劑。其中納米填料如碳納米管、納米二氧化硅、石墨烯納米片和納米纖維素(CN)等展示良好的改性效果。由于CN具有高長徑比、高結(jié)晶度、來源廣泛、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，引起了廣泛的關(guān)注。CN是由葡萄糖結(jié)構(gòu)單元通過β，1-4糖苷鍵鏈接的線性高分子，每個(gè)葡萄糖結(jié)構(gòu)單元含有3個(gè)羥基，因此CN具有較大的極性。CN改性水性環(huán)氧樹脂，展示了良好的增強(qiáng)或增韌效果。然而，對于有機(jī)溶劑型環(huán)氧樹脂，需對CN進(jìn)行化學(xué)改性。例如采用硅烷偶聯(lián)劑改性的纖維素納米纖維(CNF)，采用乙酰化改性的纖維素納米晶(CNC)均可提高環(huán)氧樹脂的拉伸強(qiáng)度；采用月桂酰氯改性的CNC可以提高環(huán)氧樹脂的斷裂伸長率，但是都不能達(dá)到同時(shí)增強(qiáng)和增韌的效果。因此，制備新型納米纖維素同時(shí)增強(qiáng)和增韌有機(jī)溶劑型環(huán)氧樹脂薄膜具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種纖維素納米顆粒/環(huán)氧樹脂薄膜的制備方法，具有方法簡單可靠特性，可以同時(shí)增強(qiáng)和增韌溶劑型901環(huán)氧樹脂薄膜。本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問題是提供一種纖維素納米顆粒/環(huán)氧樹脂薄膜。本發(fā)明還要解決一技術(shù)問題是提供一種用于改性環(huán)氧樹脂薄膜的纖維素納米顆粒(CNP-g-E44)。

為解決上述技術(shù)問題，本申請采用的技術(shù)方案為：

一種纖維素納米顆粒/環(huán)氧樹脂薄膜的制備方法：E44環(huán)氧樹脂與纖維素納米晶(CNC)反應(yīng)生成CNP/E44(包含CNP-g-E44和E44)，再加入雙酚A生成CNP/901環(huán)氧樹脂復(fù)合材料(CNP/EP)，加入固化劑、刮膜，得到納米纖維素顆粒/環(huán)氧樹脂薄膜(CNP/EPF)。

所述的纖維素納米顆粒/環(huán)氧樹脂薄膜的制備方法，步驟如下：

1)取E44環(huán)氧樹脂和CNC加入反應(yīng)容器中，加熱至60℃，連續(xù)攪拌反應(yīng)，隨后升溫至120℃，加入四丁基溴化銨，繼續(xù)反應(yīng)，獲得CNP/E44；

2)向CNP/E44中加入雙酚A，待其完全溶解后，保溫至反應(yīng)結(jié)束；冷卻至室溫，得到CNP/EP；

3)加入環(huán)氧樹脂稀釋劑，稀釋CNP/EP樣品，隨后與腰果酚酚醛胺固化劑攪拌混合、超聲脫泡，用涂膜器涂在玻璃板上，固化后得到CNP/EPF。

所述的纖維素納米顆粒/環(huán)氧樹脂薄膜的制備方法，CNC用量為E44環(huán)氧樹脂質(zhì)量的0.7wt％以下。

所述的纖維素納米顆粒/環(huán)氧樹脂薄膜的制備方法，雙酚A與E44環(huán)氧樹脂的質(zhì)量比為0.175。

所述的纖維素納米顆粒/環(huán)氧樹脂薄膜的制備方法，四丁基溴化銨與E44環(huán)氧樹脂的質(zhì)量比為0.04。

所述的纖維素納米顆粒/環(huán)氧樹脂薄膜的制備方法，環(huán)氧樹脂稀釋劑是質(zhì)量比為4∶1的二甲苯和正丁醇的混合溶液。

所述的纖維素納米顆粒/環(huán)氧樹脂薄膜的制備方法，腰果酚酚醛胺固化劑與CNP/EP樣品質(zhì)量比等于33.49×CNP/EP的環(huán)氧值。