CN110591291A - 一种偶联剂改性的低吸水率固体浮力材料的制备方法 - Google Patents

一种偶联剂改性的低吸水率固体浮力材料的制备方法 Download PDF

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郭奕友
钱庆荣
陈庆华
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Abstract

本发明涉及一种偶联剂改性的低吸水率固体浮力材料的制备方法。按组份配比环氧树脂、固化剂、偶联剂、空心玻璃微珠取材，先将空心玻璃微珠与偶联剂高速混合得到表面改性空心玻璃微珠剂，再将环氧树脂与固化剂按质量比混合均匀，之后加入改性空心玻璃微珠剂中继续机械搅拌，间歇性地加入温度为100～120℃的模具里压制固化成型，固化时间1～4 h。采用上述技术方案后，本发明具有如下特点和优点：1、原料均为工业级产品，可为工业实用生产化作为指导意义，具有非常高的经济效益和社会效益；2、高性能、低吸水率，可满足深海潜水器应用；3、制备过程简单、生产效率高、成本和能耗低。

Description

一种偶联剂改性的低吸水率固体浮力材料的制备方法
技术领域
本发明涉及浮力材料制备技术领域，特别是涉及一种偶联剂改性的低吸水率固体浮力材料的制备方法。
背景技术
进入21世纪以来，随着人们对深海技术的不断探索，迫切需要一种轻质、高抗静水压材料在深海中为各类深潜器提供稳定、可靠的浮力，高强度空心微球填料的出现将这变成了现实。固体浮力材料作为海洋能源勘探、开采以及海洋科学研究设备提供浮力的主要材料，是一种高分子多孔复合材料，其主要以两种及两种以上低密度、高强度、低吸水率材料制得的复合高分子塑料泡沫。
目前，国内外固体浮力材料绝大部分采用树脂为基体，填充空心玻璃微珠来降低密度，但受到空心玻璃微珠密度、粒径和填充量的限制，该类固体浮力材料的极限密度为0.36g/cm3。为此，研究人员在浮力材料领域引入复配使用技术，制备微珠、大珠和树脂三相固体浮力材料，来进一步降低了固体浮力材料的密度，使其极限密度可达0.30g/cm3。现有专利CN109651764A公开了一种微珠复配的固体浮力材料及其制备方法，通过合理复配轻质填料，并采用模压成型工艺，获得的固体浮力材料密度为0.37～0.40g/cm3，抗压强度≥14MPa，吸水率≤0.3％，满足深海领域应用需要。
中国专利CN109608889A公开一种POSS改性的高韧性固体浮力材料及其制备方法，改善了空心玻璃微球在树脂基体中的分散性和相容性，使固体浮力材料具有较高的韧性，断裂伸长率(材料韧性)达到6～8％，密度低至0.45～0.6g/cm3，压缩强度25～50MPa，吸水率不大于1％。
但是现有的浮力材料，空心玻璃微珠与基体树脂之间的表面极性、热膨胀系数等相差较大，玻璃微珠在基体树脂中的分散性以及与树脂之间的相容性仍然不理想，导致材料整体性能下降。虽然大部分产品都能够适用于近海海域作业，但其在密度、承压、吸水率等方面，尤其是在密度与承压这两大矛盾体之间依然存在瓶颈。
工业化生产中偶联剂应用是最常见的填料与树脂之间表/界面改性手段，成本低，操作简便，绿色环保，无需采用有机溶剂。鉴于此，本发明对空心玻璃微珠表面进行偶联改性处理以提高其与基体树脂的相容性和界面作用力，来解决填料分散性、与树脂之间的相容性缺陷以及材料性能不佳的瓶颈。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是通过对空心玻璃微珠表面进行改性处理以提高其与基体树脂的相容性和界面作用力，来解决填料分散性、与树脂之间的相容性缺陷以及材料性能不佳，提供一种偶联剂改性的低吸水率固体浮力材料的制备方法。
为了实现本发明的目的，具体技术方案如下：
1、组份配比：
环氧树脂20～50质量份；固化剂5～20质量份；偶联剂5～10质量份；空心玻璃微珠40～80质量份。
所述环氧树脂，牌号为双酚A型环氧树脂E51、E44中的一种或两种任意比例的混合物,工业级产品，由南通星辰凤凰厂家提供。
所述固化剂，工业级产品，为脂肪胺类固化剂和叔胺类固化剂的混合物，室温下，5～10h内可完全固化，由无锡品华化工厂家提供。
所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550，KH560，KH570或KH591其中一种。
所述空心玻璃微珠，型号:F系列，样品状态：白色粉末，粒径10～100μm，堆积系数50～60％，可承受等静压强度15～45MPa，密度为0.15～0.45g/cm3，为现有技术产品，由安徽凯盛基础材料科技有限公司提供。
2、制备步骤：
(1)表面改性空心玻璃微珠：将空心玻璃微珠与偶联剂按质量份比称量，加入高速混合机中，保持转速200～500rpm，搅拌5～10min得到表面改性空心玻璃微珠剂。
(2)混合：室温下，将环氧树脂与固化剂按质量比混合均匀；
(3)二次混合：将步骤2中混合均匀的反应产物加入步骤1的改性空心玻璃微珠剂中继续机械搅拌5～10min至混合均匀为止，得混合坯料；
(4)压制固化成型：将步骤3所制混合坯料间歇性地加入温度为100～120℃的模具里压制固化成型，固化时间1～4h。
采用上述技术方案后，本发明具有如下特点和优点：1、原料均为工业级产品，可为工业实用生产化作为指导意义，具有非常高的经济效益和社会效益；2、高性能、低吸水率，可满足深海潜水器应用；3、制备过程简单、生产效率高、成本和能耗低。
附图说明
图1为本发明固体浮力材料的抗压强度性能指标柱状图；
图2为本发明固体浮力材料的实物图。
具体实施方式
本发明下述实施例所采用的所述环氧树脂，为双酚A型环氧树脂E51，工业级产品；所述固化剂为聚酰胺651，室温固化剂，工业级产品；所述空心玻璃微珠为F25,样品状态：白色粉末，粒径10～100μm，堆积系数45％，可承受等静压强度15MPa，密度为0.15g/cm3；
以下结合具体实施例，对本发明做进一步说明，应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。
实施例1
一种偶联剂改性的低吸水率固体浮力材料，由下述重量配方组成：
环氧树脂30Kg；固化剂10Kg；偶联剂5Kg；空心玻璃微珠55Kg组成。
制备方法，按以下的步骤进行：
(1)表面改性空心玻璃微珠：将空心玻璃微珠与偶联剂按质量比55：5份称量，加入高速混合机中，保持转速500rpm，搅拌10min。
(2)混合：室温下，将环氧树脂E51与固化剂聚酰胺651按配方质量比搅拌混合均匀；
(3)二次混合：将步骤2中混合均匀的反应产物加入步骤1的改性空心玻璃微珠剂中继续机械搅拌5min至混合均匀为止，得混合坯料；
(4)压制固化成型：将步骤3所制混合坯料间歇性地加入温度为120℃的模具里压制固化成型，固化时间2h。所制备的浮力材料的性能指标值见表1。
实施例2
一种偶联剂改性的低吸水率固体浮力材料，由下述重量配方组成：
环氧树脂50Kg；固化剂20Kg份；偶联剂10Kg；空心玻璃微珠80Kg组成。
制备方法，按以下的步骤进行：
(1)表面改性空心玻璃微珠：将空心玻璃微珠与偶联剂按质量比称量，加入高速混合机中，保持转速200rpm，搅拌10min。
(2)混合：室温下，将环氧树脂E51与固化剂聚酰胺651按配方质量比搅拌混合均匀；
(3)二次混合：将步骤2中混合均匀的反应产物加入步骤1的改性空心玻璃微珠中继续机械搅拌8min至混合均匀为止，得混合坯料；
(4)压制固化成型：将步骤3所制混合坯料间歇性地加入温度为120℃的模具里压制固化成型，固化时间4h。所制备的浮力材料的性能指标值见表1。
实施例3
一种偶联剂改性的低吸水率固体浮力材料，由下述重量配方组成：
环氧树脂20Kg；固化剂5Kg；偶联剂10Kg；空心玻璃微珠40Kg组成。
制备方法，按以下的步骤进行：
(1)表面改性空心玻璃微珠：将空心玻璃微珠与偶联剂按质量比称量，加入高速混合机中，保持转速300rpm，搅拌10min。
(2)混合：室温下，将环氧树脂E51与固化剂聚酰胺651按配方质量比搅拌混合均匀；
(3)二次混合：将步骤2中混合均匀的反应产物加入步骤1的改性空心玻璃微珠中继续机械搅拌5min至混合均匀为止，得混合坯料；
(4)压制固化成型：将步骤3所制混合坯料间歇性地加入温度为120℃的模具里压制固化成型，固化时间3h。所制备的浮力材料的性能指标值见表1。
实施例4
一种偶联剂改性的低吸水率固体浮力材料，由下述重量配方组成：
环氧树脂40Kg；固化剂15Kg；偶联剂8Kg；空心玻璃微珠60Kg组成。
制备方法，按以下的步骤进行：
(1)表面改性空心玻璃微珠：将空心玻璃微珠与偶联剂按质量比份称量，加入高速混合机中，保持转速500rpm，搅拌10min。
(2)混合：室温下，将环氧树脂E51与固化剂聚酰胺651按配方质量比搅拌混合均匀；
(3)二次混合：将步骤2中混合均匀的反应产物加入步骤1的改性空心玻璃微珠中继续机械搅拌10min至混合均匀为止，得混合坯料；
(4)压制固化成型：将步骤3所制混合坯料间歇性地加入温度为120℃的模具里压制固化成型，固化时间1h。所制备的浮力材料的性能指标值见表1。
表1为应用本发明实例1～4所制备的浮力材料的性能指标值
实施例 抗压强度(MPa) 断裂伸长率(％) 吸水率(％)
1 45.5 2～3 大于2
2 52.5 2～3 不大于1
3 50.2 2～3 不大于2
4 48.6 2～3 不大于1

Claims (5)

1.一种硅烷改性的低吸水率固体浮力材料的制备方法，其特征是：
1）组份配比：环氧树脂20～50质量份；固化剂 5～20质量份；偶联剂 5～10质量份；空心玻璃微珠 40～80质量份；
2）制备步骤：
(1) 表面改性空心玻璃微珠：将空心玻璃微珠与偶联剂按质量份比称量，加入高速混合机中，保持转速200～500 rpm，搅拌5～10 min得到表面改性空心玻璃微珠剂；
(2)混合：室温下，将环氧树脂与固化剂按质量比混合均匀；
(3)二次混合：将步骤2中混合均匀的反应产物加入步骤1的改性空心玻璃微珠剂中继续机械搅拌5～10 min至混合均匀为止，得混合坯料；
(4)压制固化成型：将步骤3所制混合坯料间歇性地加入温度为100～120℃的模具里压制固化成型，固化时间1～4 h。
2.根据权利要求1所述的一种硅烷改性的低吸水率固体浮力材料的制备方法，其特征在于所述环氧树脂，牌号为双酚A 型环氧树脂E51、E44中的一种或两种任意比例的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种硅烷改性的低吸水率固体浮力材料的制备方法，其特征在于所述的固化剂，为脂肪胺类固化剂和叔胺类固化剂的混合物，由无锡品华化工厂家提供。
4.根据权利要求1所述的一种硅烷改性的低吸水率固体浮力材料的制备方法，其特征在于所述的偶联剂为硅烷偶联剂KH550，KH560，KH570或KH591其中一种。
5.根据权利要求1所述的一种硅烷改性的低吸水率固体浮力材料的制备方法，其特征在于所述的空心玻璃微珠，型号: F系列，样品状态：白色粉末，粒径10～100 μm，堆积系数50～60%，可承受等静压强度15～45MPa，密度为0.15～0.45 g/cm3，由安徽凯盛基础材料科技有限公司提供。
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