CN108424536A - 一种改性环氧树脂材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种改性环氧树脂材料的制备方法，包括将改性二氧化硅加入双官能团环氧体系中，加入单官能团环氧体系、纳米聚四氟乙烯粒子，得到胶液；用丙二醇甲醚醋酸酯调节胶液固含量为50％，然后将玻璃布浸渍在胶液中，再经加热干燥后，得到改性环氧树脂材料，其具有优异的阻燃性能、耐热性能，尤其是耐磨性突出。

Description

一种改性环氧树脂材料的制备方法
技术领域
本发明属于电子复合材料技术领域，具体涉及一种改性环氧树脂材料的制备方法。
背景技术
随着科学技术的不断发展，高分子基复合材料的应用越来越广泛。同时，各个应用领域也相应的对不同的材料提出了更高的要求，比如耐高温、耐烧蚀、耐磨等。随着阻燃的重视，要求产品具有阻燃性能，阻燃是有等级要求的，分别为UL94 V-2、UL94 V-1和UL94 V-0级别，其中UL94 V-0级别为现有的判定物质是否阻燃的国际标准。在防火与环保之间寻找平衡点，是未来阻燃产品发展的重要节点。阻燃剂在现代社会中的重要性不容忽视，但随着欧洲一系列环保政策出台，其发展应用不同程度地受到了限制。如何在保障人员和财产免受火灾威胁的同时，又能使阻燃剂对人体和环境存在的潜在危害降到最低，是国内阻燃剂生产企业、研究机构及下游电子电气、建材、交通及家具等行业共同关注的焦点。单纯的树脂已经不能满足覆铜板的应用，即使耐热性能较好的氰酸酯树脂，其具有优异的介电性能(介电系数：2.8～3.2；介电损耗因子：0.002～0.003)，高耐热性(玻璃化转变温度：280～295℃)，同时氰酸酯树脂还具有低收缩率，优异的力学性能和粘结性能等，也因为固化不足、脆性大等缺陷未能在大量应用。所以，采用复合技术，不仅是综合有机无机材料的优点，还要配伍不同的有机组分，有希望制备出符合工业应用的材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种改性环氧树脂材料的制备方法，由此制备的改性环氧树脂具有优异的耐磨性能，优良的耐热性、阻燃性、加工性以及力学性能；同时本公司一并申请了多个专利，从不同的方向阐述核心发明点，尤其是纵向深入，期望获得全面的保护。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：
一种改性环氧树脂材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将纳米二氧化硅泡沫分散于甲苯中，然后加入丙酸乙烯酯、重氮乙酸叔丁酯和烯丙基芳烷基酚；于110℃下搅拌30分钟；然后加入四甲基乙二胺，分散均匀后再加入二月桂酸二丁基锌，回流反应7小时，最后加入丙酮得到固含量为40％的改性二氧化硅；
(2)室温下，混合3，3’-二硫代二丙酸、二氯甲烷、丙酮；然后加入间硝基苯磺酸吡啶盐与磷酸二苯酯，搅拌10分钟后加入甲基丁炔醇，搅拌35分钟后再加入2，3-环氧基环戊基环戊基醚，搅拌50分钟后加入苄叉苯胺，继续搅拌5分钟；然后加入N，N′-二环己基碳二亚胺，继续搅拌30分钟，得到单官能团环氧体系；
(3)将氧化石墨烯与异构十一醇聚氧乙烯醚混合10分钟后加入邻苯二甲酸二缩水甘油酯中，125℃搅拌5分钟，然后加入环碳酸酯，于110℃搅拌15分钟，得到双官能团环氧体系；所述环碳酸酯的化学结构式如下：
(4)将改性二氧化硅加入双官能团环氧体系中，150℃搅拌20分钟，然后于75℃下，加入单官能团环氧体系、纳米聚四氟乙烯粒子，搅拌90分钟，得到胶液；
(5)用溶剂调节胶液固含量为50％，然后将增强材料浸渍在胶液中，再经加热干燥后，得到改性环氧树脂材料。
上述技术方案中，步骤(1)中，所述纳米二氧化硅泡沫、丙酸乙烯酯、重氮乙酸叔丁酯、烯丙基芳烷基酚、四甲基乙二胺、二月桂酸二丁基锌的质量比为1∶1∶0.5∶1.5∶0.5∶0.008。
上述技术方案中，步骤(2)中，3，3’-二硫代二丙酸、二氯甲烷、丙酮、间硝基苯磺酸吡啶盐、磷酸二苯酯、甲基丁炔醇、2，3-环氧基环戊基环戊基醚、苄叉苯胺、N，N′-二环己基碳二亚胺的质量比为0.005∶0.15∶1∶0.002∶0.2∶0.02∶1∶0.3∶0.05；加入甲基丁炔醇的时间为20分钟。
上述技术方案中，步骤(3)中，氧化石墨烯、异构十一醇聚氧乙烯醚、邻苯二甲酸二缩水甘油酯、环碳酸酯的质量比为0.0008∶0.1∶1∶0.18。
上述技术方案中，步骤(4)中，改性二氧化硅、双官能团环氧体系、单官能团环氧体系、纳米聚四氟乙烯粒子的质量比为0.3∶0.4∶1∶0.08。
上述技术方案中，步骤(5)中，所述改性环氧树脂材料中，增强材料的质量分数为25％；所述增强材料为电子级玻璃纤维布；所述加热干燥为120℃/30s+160℃/50s+200℃/30s。这对于本发明很重要，尤其是保证石墨烯在热压固化时的稳定性，避免了局部导电问题，同时阶梯升温以及小分子的相容剂作用，又避免了气泡、针孔的存在，同时利用极少量纳米聚四氟乙烯粒子提供好的耐磨作用，达到良好的分散效果。本发明通过整体配伍与工艺设计，得到的环氧材料耐热很好、阻燃很好、吸湿率低，尤其是耐磨性能好。
上述技术方案中，步骤(5)中，溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯。
发明人与学校合作开发，创造性的先通过二月桂酸二丁基锌为催化剂，在二氧化硅泡沫的粒子表面形成反应性有机物，与现有偶联剂表面处理不同，反应得到的纳米二氧化硅泡沫本身带有较强的反应基团，直接用于树脂复合体系利于参与树脂的固化过程，通过几种有机分子一方面调节填料的表面性质，防止无机粒子其对树脂产生局部聚合过快的影响，另外还可以调节聚合物交联网络，使得固化产物交联合理，不至于脆性过大，从而利于加工，1.5毫米进刀捞边达到66米。本发明在加入环氧之前，首先混合了几种化合物预反应，从而可以与环氧反应接入高分子主链，在阻燃同时不会降低耐热，还会提高耐湿热；尤其本发明创造性的选择氧化石墨烯，并先与异构十一醇聚氧乙烯醚混合，再加入环氧中，可以极大提高石墨烯的反应性与分散度，使得石墨烯发挥催化性能的同时避免集聚。本发明用单官能团环氧以及双官能团，没有采用常规的四官能团环氧，依然耐热好，还提高加工性，一方面由于改性二氧化硅泡沫的功效，另外石墨烯的催化也很重要，同时磷酸二苯酯、3，3’-二硫代二丙酸与环碳酸酯都会增强胺固化效果。
本发明没有采用阻燃剂，通过改性填料以及化合物作用，同时结合聚合物反应效果，材料在受热和燃烧时可以形成更致密的保护层，达到优异的热氧屏蔽效应，从而赋予固体粘接材料优异的耐热性和阻燃性，同时力学性能、粘接性能良好；克服了现有技术填料阻燃剂带来的粘接下降以及反应型阻燃剂带来的力学性能下降、耐热下降的难题。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明提供的复合体系组成合理，再配合制备工艺，得到的基材中无机纳米颗粒在体系中具有均匀的分散度，制备过程属于化学过程，形成的无机物与树脂间的表面结合力大大强于传统的物理机械掺混的表面结合力。本发明利用的原料体系组成合理，各组成分之间相容性好，由此制备得到了改性环氧树脂材料，具有良好的力学性、耐热性能，综合聚合物、无机粒子两组分的优点，改善两组分的缺点，从而提高得到材料的综合性能；固化效果好，交联结构均匀，小分子化合物可以作为高分子有机物的相容剂，一方面增加体系各组分的相容性，另一方面避免热压固化时形成交联不均的缺陷，保证树脂体系形成稳定的结构，特别是改善了常规环氧树脂的耐热、耐磨性，而且不含阻燃剂，通过合理反应，成功避免了现有反应性含磷阻燃分子易吸水的缺陷，取得了意想不到的效果。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例一
一种改性环氧树脂材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将纳米二氧化硅泡沫分散于甲苯中，然后加入丙酸乙烯酯、重氮乙酸叔丁酯和烯丙基芳烷基酚；于110℃下搅拌30分钟；然后加入四甲基乙二胺，分散均匀后再加入二月桂酸二丁基锌，回流反应7小时，最后加入丙酮得到固含量为40％的改性二氧化硅；纳米二氧化硅泡沫、丙酸乙烯酯、重氮乙酸叔丁酯、烯丙基芳烷基酚、四甲基乙二胺、二月桂酸二丁基锌的质量比为1∶1∶0.5∶1.5∶0.5∶0.008；本发明先用丙酸乙烯酯、重氮乙酸叔丁酯、烯丙基芳烷基酚、四甲基乙二胺单体对纳米二氧化硅泡沫处理，减弱了填料反应性的同时改善了填料在有机物中的分散性，在热压固化的时候发挥作用；
(2)室温下，混合3，3’-二硫代二丙酸、二氯甲烷、丙酮；然后加入间硝基苯磺酸吡啶盐与磷酸二苯酯，搅拌10分钟后加入甲基丁炔醇，20分钟加入完成，搅拌35分钟后再加入2，3-环氧基环戊基环戊基醚，搅拌50分钟后加入苄叉苯胺，继续搅拌5分钟；然后加入N，N′-二环己基碳二亚胺，继续搅拌30分钟，得到单官能团环氧体系；3，3’-二硫代二丙酸、二氯甲烷、丙酮、间硝基苯磺酸吡啶盐、磷酸二苯酯、甲基丁炔醇、2，3-环氧基环戊基环戊基醚、苄叉苯胺、N，N′-二环己基碳二亚胺的质量比为0.005∶0.15∶1∶0.002∶0.2∶0.02∶1∶0.3∶0.05；
(3)将氧化石墨烯与异构十一醇聚氧乙烯醚混合10分钟后加入邻苯二甲酸二缩水甘油酯中，125℃搅拌5分钟，然后加入环碳酸酯，于110℃搅拌15分钟，得到双官能团环氧体系；所述环碳酸酯的化学结构式如下：
氧化石墨烯、异构十一醇聚氧乙烯醚、邻苯二甲酸二缩水甘油酯、环碳酸酯的质量比为0.0008∶0.1∶1∶0.18；
(4)将改性二氧化硅加入双官能团环氧体系中，150℃搅拌20分钟，然后于75℃下，加入单官能团环氧体系、纳米聚四氟乙烯粒子，搅拌90分钟，得到胶液；改性二氧化硅、双官能团环氧体系、单官能团环氧体系、纳米聚四氟乙烯粒子的质量比为0.3∶0.4∶1∶0.08；
(5)用丙二醇甲醚醋酸酯调节胶液固含量为50％，然后将玻璃布浸渍在胶液中，再经加热干燥后，得到改性环氧树脂材料，增强材料的质量分数为25％，加热干燥工艺为120℃/30s+160℃/50s+200℃/30s，解决了其他干燥存在的表面气孔、裂纹问题。
将6张上述改性环氧树脂材料热压固化，即可得到改性环氧树脂板；性能测试见表1，热压时的条件为5kg/cm2/160℃/20min+5kg/cm2/190℃/50min+8kg/cm2/210℃/30min+自然降温。
对比例一
与实施例一一样，其中步骤(1)仅采用1％KH550处理纳米二氧化硅。
对比例二
与实施例一一样，其中步骤(2)不加入磷酸二苯酯。
对比例三
与实施例一一样，其中步骤(3)不加入氧化石墨烯。
对比例四
与实施例一一样，其中步骤(3)不加入环碳酸酯。
对比例五
与实施例一一样，其中步骤(4)不加入纳米聚四氟乙烯粒子。
对上述实施例以及对比例中的板材的机械性能(无缺口冲击强度，Kj/m2)、力学性能(1.5毫米进刀，米)、热性能、耐磨能(装饰板耐磨测试)、吸水率、阻燃进行了测定，结果参见表1。
表1改性环氧树脂板的性能
阻燃 氧指数 捞边 磨损强度 Td/℃ Tg/℃ 吸湿率 冲击强度
实施例一 V0 39 66 ＞600 399 208 0.018％ 8.9
对比例一 V0 36 60 ＞600 376 192 0.021％ 8.1
对比例二 V1 26 61 ＞600 390 205 0.019％ 8.6
对比例三 V1 30 42 ＞600 380 197 0.035％ 8.3
对比例四 V0 32 49 550 391 201 0.043％ 8.0
对比例五 V0 37 62 400 395 199 0.022％ 8.2
综上，本发明公开的改性环氧树脂材料组成合理，各组成分之间相容性好，由此制备得到了改性环氧树脂板，具有良好的阻燃性能、优异的耐热性能，特别具有低的吸湿率以及好的耐磨性能。

Claims (8)

1.一种改性环氧树脂材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将纳米二氧化硅泡沫分散于甲苯中，然后加入丙酸乙烯酯、重氮乙酸叔丁酯和烯丙基芳烷基酚；于110℃下搅拌30分钟；然后加入四甲基乙二胺，分散均匀后再加入二月桂酸二丁基锌，回流反应7小时，最后加入丙酮得到固含量为40％的改性二氧化硅；
(2)室温下，混合3，3’-二硫代二丙酸、二氯甲烷、丙酮；然后加入间硝基苯磺酸吡啶盐与磷酸二苯酯，搅拌10分钟后加入甲基丁炔醇，搅拌35分钟后再加入2，3-环氧基环戊基环戊基醚，搅拌50分钟后加入苄叉苯胺，继续搅拌5分钟；然后加入N，N′-二环己基碳二亚胺，继续搅拌30分钟，得到单官能团环氧体系；
(3)将氧化石墨烯与异构十一醇聚氧乙烯醚混合10分钟后加入邻苯二甲酸二缩水甘油酯中，125℃搅拌5分钟，然后加入环碳酸酯，于110℃搅拌15分钟，得到双官能团环氧体系；所述环碳酸酯的化学结构式如下：
(4)将改性二氧化硅加入双官能团环氧体系中，150℃搅拌20分钟，然后于75℃下，加入单官能团环氧体系、纳米聚四氟乙烯粒子，搅拌90分钟，得到胶液；
(5)用溶剂调节胶液固含量为50％，然后将增强材料浸渍在胶液中，再经加热干燥后，得到改性环氧树脂材料。
2.根据权利要求1所述改性环氧树脂材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述纳米二氧化硅泡沫、丙酸乙烯酯、重氮乙酸叔丁酯、烯丙基芳烷基酚、四甲基乙二胺、二月桂酸二丁基锌的质量比为1∶1∶0.5∶1.5∶0.5∶0.008。
3.根据权利要求1所述改性环氧树脂材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，3，3’-二硫代二丙酸、二氯甲烷、丙酮、间硝基苯磺酸吡啶盐、磷酸二苯酯、甲基丁炔醇、2，3-环氧基环戊基环戊基醚、苄叉苯胺、N，N′-二环己基碳二亚胺的质量比为0.005∶0.15∶1∶0.002∶0.2∶0.02∶1∶0.3∶0.05；加入甲基丁炔醇的时间为20分钟。
4.根据权利要求1所述改性环氧树脂材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，氧化石墨烯、异构十一醇聚氧乙烯醚、邻苯二甲酸二缩水甘油酯、环碳酸酯的质量比为0.0008.∶0.1∶1∶0.18。
5.根据权利要求1所述改性环氧树脂材料的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，改性二氧化硅、双官能团环氧体系、单官能团环氧体系、纳米聚四氟乙烯粒子的质量比为0.3∶0.4∶1∶0.08。
6.根据权利要求1所述改性环氧树脂材料的制备方法，其特征在于：步骤(5)中，所述改性环氧树脂材料中，增强材料的质量分数为25％；所述增强材料为电子级玻璃纤维布。
7.根据权利要求1所述改性环氧树脂材料的制备方法，其特征在于：步骤(5)中，所述加热干燥为120℃/30s+160℃/50s+200℃/30s。
8.根据权利要求1所述改性环氧树脂材料的制备方法，其特征在于：步骤(5)中，溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯。
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