CN107987484A - 一种改性环氧树脂纳米复合组合物及制品与制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种改性环氧树脂纳米复合组合物及制品与制作方法,改性环氧树脂纳米复合组合物由如下组分组成:环氧树脂95‑105重量份;纳米材料2‑8重量份;偶联剂0.5‑0.8重量份;固化剂0.1‑0.3重量份;分散剂12‑18重量份。上述改性环氧树脂纳米复合组合物制备复合材料制品。制品的制备方法包括如下步骤:S1酸化;S2改性;S3复合制备成品。本发明具有性能优良、加工性能好、分散性能好以及可工艺化程度高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及功能高分子技术领域,具体涉及一种改性环氧树脂纳米复合组合物及制品与制作方法。
背景技术
纳米复合材料是指分散相至少有一维尺寸小于1纳米的复合材料。由于分散相呈纳米级分散,因而具有巨大的比表面积,与基体界面间形成强烈的相互作用,粘接性能好,因而与常规的复合材料相比,纳米复合材料具有更好的力学、热学性能和耐水、耐湿和气体阻隔性能。此外,纳米复合材料因其具有纳米材料的表面效应、量子效应,并将无机物的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与聚合物的韧性、加工性及介电性揉和在一起,从而产生许多特异的性能,在电子学、光学、机械、生物学等领域显示出广阔的应用前景。八十年代以来,随着纳米材料的问世和纳米复合技术的日趋成熟,聚合物/粘土纳米复合材料以其卓越的综合性能引起了人们的广泛关注,并成为高分子材料领域的一大研究热点。
利用层状硅酸盐粘土通过插层聚合反应制备聚合物/粘土纳米复合材料是制备新型的有机,无机纳米复合材料的一种重要方法,也是当前制备聚合物基纳米复合材料的主要方法之一。近十多年来,这一技术在热塑性树脂领域的应用研究取得了长足的进展和显著的成效,合成制备了一系列的聚合物/粘土纳米复合材料,如尼龙、聚苯乙烯、聚苯胺、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯等,研究发现这些复合材料的综合性能都有不同程度的提高和改善。相对而言,这一技术在热固性树脂领域的应用研究较少,尚处于起步阶段。在现有技术中,利用纳米改性的方法不稳定,性能提升不稳定,在环氧树脂上的应用少。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种改性环氧树脂纳米复合组合物及制品与制作方法,解决了纳米复合材料在环氧树脂上的应用以及性能不稳定的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
一种改性环氧树脂纳米复合组合物,由如下组分组成:
将环氧树脂与纳米材料复合形成纳米复合材料,其中纳米材料的维度小,表面积大,与基体界面的作用力强,粘附效果好,在力学、热学以及阻隔性能上优于常规未改性的材料,应用范围广。
进一步地,所述环氧树脂为双酚F型环氧树脂。
双酚F型环氧树脂的粘度较低,易软化,流动性能好,加工性能好;与纳米材料复合能保持其加工性能,且纳米材料的加入可提升塑料制品的使用性能;且环氧树脂作为一种热固性树脂,与纳米材料的复合呈现协同效应;加入分散剂可降低纳米材料的使用量,节约工艺成本。
双酚F环氧树脂,又称双酚F二缩水甘油醚,是由苯酚与甲醛在酸性催化下反应生成双酚F,再与环氧氯丙烷在氢氧化钠存在下进行缩聚反应制得。这是为了降低双酚A型环氧树脂本身的粘度并具有同样性能而研制出的一种新型环氧树脂。通常是用双酚F与环氧氯丙烷在氢氧化钠作用下反应而得的液态双酚F型环氧树脂。也可合成出固态双酚F型环氧树脂。双酚F是由苯酚和甲醛经特殊工艺条件缩合而成的双酸型化合物。双酚F是八十年代以来开发的一种新型化工原料,它主要用作低粘度环氧树脂、特种聚酯原料及信息记录纸添加剂等。
进一步地,所述纳米材料为石墨、玻璃纤维、坡缕缟石粉末和/或瓷土粉末中的至少一种。
纳米材料为石墨、玻璃纤维、坡缕缟石粉末和/或瓷土粉末,其中石墨、坡缕缟石粉末和瓷土粉末均为天然纳米材料;这四种纳米材料起到成核剂的作用,使得复合结晶的速率增快,结晶度增加,晶粒尺寸减少;纳米材料中加入分散剂,能增强纳米材料的分散性,避免团聚现象导致性能不均。
其中纳米材料为坡缕缟石粉末和瓷土粉末时,在热分解的过程中会在复合材料的表面形成均匀的网状絮状层,类似陶瓷相,提升了材料的热稳定性,使其具有一定的阻燃性能。
进一步地,所述偶联剂为硅烷偶联剂;所述固化剂为乙酸酐、三氟化硼、邻苯二甲酸酐和/或六氢邻苯二甲酸酐中的至少一种;所述分散剂为滑石粉、二氧化硅和/或硬脂酸镁中的至少一种。
固化剂选用酸性固化剂,与制备方法中的酸化相对应,避免纳米材料酸化后与胺类固化剂,降低纳米材料的活性;分散剂选择滑石粉、二氧化硅和硬脂酸镁,成本低,分散性能好,与纳米材料混合均匀度高,彼此间粘附力小。
改性环氧树脂纳米复合材料制品,所述制品含有上述的改性环氧树脂纳米复合组合物。
改性环氧树脂纳米复合材料制品的制备方法,包括如下步骤:
S1酸化:将纳米材料与酸性试剂按照1:50-100质量比混合,超声30-45min,室温搅拌反应5-10h,洗涤,干燥得到酸化纳米材料;
S2改性:将S1步骤中的酸化纳米材料加入分散剂,超声混合2-3h,干燥得到混合粉末;
S3复合制备成品:将S2步骤中的混合粉末加入环氧树脂,加入固化剂混合固化得到改性环氧树脂纳米复合材料,通过挤出机将混合料挤出成型,即得制品。
复合材料的制备工艺简化,纳米材料酸化后与分散剂混合,工序简单,在制备中固化剂的选择对纳米材料的活性有较大影响。
进一步地,所述酸性试剂为醋酸、邻苯二甲酸和/或六氢邻苯二甲酸.固化剂选用酸性固化剂,与制备方法中的酸化相对应,避免纳米材料酸化后与碱性固化剂,降低纳米材料的活性。
进一步地,所述挤出成型的温度为90-100℃。加入纳米材料后挤出温度高于常规挤出温度,挤出得到的制品质量优良。
本发明的有益效果是:
1.将环氧树脂与纳米材料复合形成纳米复合材料,其中纳米材料的维度小,表面积大,与基体界面的作用力强,粘附效果好,在力学、热学以及阻隔性能上优于常规未改性的材料,应用范围广;
2.双酚F型环氧树脂的粘度较低,易软化,流动性能好,加工性能好;与纳米材料复合能保持其加工性能,且纳米材料的加入可提升塑料制品的使用性能;且环氧树脂作为一种热固性树脂,与纳米材料的复合呈现协同效应;加入分散剂可降低纳米材料的使用量,节约工艺成本;
3.纳米材料为石墨、玻璃纤维、坡缕缟石粉末和/或瓷土粉末,其中石墨、坡缕缟石粉末和瓷土粉末均为天然纳米材料;这四种纳米材料起到成核剂的作用,使得复合结晶的速率增快,结晶度增加,晶粒尺寸减少;纳米材料中加入分散剂,能增强纳米材料的分散性,避免团聚现象导致性能不均;
4.固化剂选用酸性固化剂,与制备方法中的酸化相对应,避免纳米材料酸化后与胺类固化剂,降低纳米材料的活性;分散剂选择滑石粉、二氧化硅和硬脂酸镁,成本低,分散性能好,与纳米材料混合均匀度高,彼此间粘附力小;
5.复合材料的制备工艺简化,纳米材料酸化后与分散剂混合,工序简单,在制备中固化剂的选择对纳米材料的活性有较大影响;加入纳米材料后挤出温度高于常规挤出温度,挤出得到的制品质量优良。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步详细描述本发明的技术方案,但本发明的保护范围不局限于以下所述。
一种改性环氧树脂纳米复合组合物,由如下组分组成:
具体地,所述环氧树脂为双酚F型环氧树脂。
具体地,所述纳米材料为石墨、玻璃纤维、坡缕缟石粉末和/或瓷土粉末中的至少一种。
具体地,所述偶联剂为硅烷偶联剂;所述固化剂为乙酸酐、三氟化硼、邻苯二甲酸酐和/或六氢邻苯二甲酸酐中的至少一种;所述分散剂为滑石粉、二氧化硅和/或硬脂酸镁中的至少一种。
实施例1-实施例6的具体参数如表1所示,其中实施例1-实施例4为本发明中限定的技术参数,实施例5中不添加纳米材料,实施例6中采用胺类固化剂-乙二胺,实施例5-实施例6为本发明中对照实施例。
表1
实施例1-实施例4与实施例6的改性环氧树脂纳米复合材料制品,制品含有上述的改性环氧树脂纳米复合组合物。制品的制备方法包括如下步骤:
S1酸化:将纳米材料与酸性试剂按照1:50-100质量比混合,超声30-45min,室温搅拌反应5-10h,洗涤,干燥得到酸化纳米材料;
S2改性:将S1步骤中的酸化纳米材料加入分散剂,超声混合2-3h,干燥得到混合粉末;
S3复合制备成品:将S2步骤中的混合粉末加入环氧树脂,加入固化剂混合固化得到改性环氧树脂纳米复合材料,通过挤出机将混合料挤出成型,即得制品。
具体地,所述酸性试剂为醋酸、邻苯二甲酸和/或六氢邻苯二甲酸。
具体地,所述挤出成型的温度为90-100℃。
实施例1-实施例6的性能参数如表2所示,其中实施例1-实施例4为本发明中限定的技术参数,实施例5中不添加纳米材料,实施例6中采用胺类固化剂-乙二胺,实施例5-实施例6为本发明中对照实施例。
实施例 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
冲击强度/kJ.m-2 | 23.6 | 25.0 | 22.3 | 28 | 21.8 | 23.5 |
拉伸强度/MPa | 63 | 65 | 64 | 59 | 48 | 56.8 |
表2
从表2的数据中可以看出,实施例1-实施例4的数据明显提升,实施例6的数据高于实施例5,但是明显低于实施例1-实施例4的实验数据。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式,不应看作是对其他实施例的排除,而可用于各种其他组合、修改和环境,并能够在本文所述构想范围内,通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围,则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.一种改性环氧树脂纳米复合组合物,其特征在于,由如下组分组成:
环氧树脂 95-105重量份;
纳米材料 2-8重量份;
偶联剂 0.5-0.8重量份;
固化剂 0.1-0.3重量份;
分散剂 12-18重量份。
2.根据权利要求1所述的一种改性环氧树脂纳米复合组合物,其特征在于,所述环氧树脂为双酚F型环氧树脂。
3.根据权利要求1所述的一种改性环氧树脂纳米复合组合物,其特征在于,所述纳米材料为石墨、玻璃纤维、坡缕缟石粉末和/或瓷土粉末中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种改性环氧树脂纳米复合组合物,其特征在于,所述偶联剂为硅烷偶联剂;所述固化剂为乙酸酐、三氟化硼、邻苯二甲酸酐和/或六氢邻苯二甲酸酐中的至少一种;所述分散剂为滑石粉、二氧化硅和/或硬脂酸镁中的至少一种。
5.一种改性环氧树脂纳米复合材料制品,其特征在于,所述制品含有权利要求1-4任一项所述的改性环氧树脂纳米复合组合物。
6.权利要求5所述的一种改性环氧树脂纳米复合材料制品的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1酸化:将纳米材料与酸性试剂按照1:50-100质量比混合,超声30-45min,室温搅拌反应5-10h,洗涤,干燥得到酸化纳米材料;
S2改性:将S1步骤中的酸化纳米材料加入分散剂,超声混合2-3h,干燥得到混合粉末;
S3复合制备成品:将S2步骤中的混合粉末加入环氧树脂,加入固化剂混合固化得到改性环氧树脂纳米复合材料,通过挤出机将混合料挤出成型,即得制品。
7.根据权利要求6所述的一种改性环氧树脂纳米复合材料制品的制备方法,其特征在于,所述酸性试剂为醋酸、邻苯二甲酸和/或六氢邻苯二甲酸。
8.根据权利要求6所述的一种改性环氧树脂纳米复合材料制品的制备方法,其特征在于,所述挤出成型的温度为90-100℃。
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