CN110698648A - 一种新型环氧树脂组合物的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型环氧树脂组合物的制备方法，属于树脂固化技术领域。该制备方法为：以双酚A型环氧树脂为基体树脂，选取有机蒙脱土(O‑MMT)作为增强剂，吡啶作为促进剂，以稀土氧化物(钇、铌、钽、镧、铈、钕氧化物)为固化剂，采用熔融插层复合法制备得到环氧树脂组合物。本发明的优点在于使用了可在室温条件下固化环氧树脂组合物的无机稀土类固化剂，环保无毒，加之调整体系中各组分的相互作用及其配比，从而制备出固化时间短、拉伸性能优越、抗冲击强度高、断裂韧性良好的环氧树脂组合物。
Description
技术领域
本发明涉及固化剂技术领域，具体涉及一种新型环氧树脂组合物的制备方法。
背景技术
环氧树脂是一种分子内含有2个或2个以上的环氧基，并以脂肪族、脂环族或芳香碳键为骨架并能通过环氧基团反应形成热固性树脂的低聚物。它具有良好的粘接性、电绝缘性、低收缩性、化学稳定性、耐高低温性、耐磨性等优异性能。
环氧树脂无机纳米复合材料是指以环氧树脂为基体，无机纳米填料为分散相的有机-无机纳米复合材料。目前在聚合物纳米复合材料领域中，无论是基础研究或者工业应用，聚合物/层状硅酸盐(Polymer/Layered Silicate，简称PLS)纳米复合材料都表现得十分活跃。其中最有应用价值的层状硅酸盐是蒙脱土(Montmorillonite，简称MMT)，是属于膨润土一类的天然粘土。PLS纳米复合材料以经济实用的制备工艺、表现不俗的物理机械性能以及良好的加工性能而见长。
环氧树脂使用时必须加入固化剂，目前，环氧树脂复合材料所使用的固化剂大部分是有机酸酐类或聚酰胺，以及少数的三氟化硼-胺络合物，很少使用单纯的无机物，同时在室温下固化的也比较少。有机酸酐类固化剂所固化的环氧树脂耐酸性强而耐碱性差。而胺类固化剂所固化的环氧树脂耐碱性好而耐酸性差，同时胺类固化剂大都具有毒性，未改性的胺类固化剂所固化的环氧树脂的耐冲击性能差。而通常脂肪胺类固化剂固化的环氧树脂，其热变形温度低。合适的芳香族固化剂或酸酐类固化剂，可使热变形温度提高，但这两类固化剂均需在加热条件下固化。
基于解决上述固化剂缺点的目的，本发明使用了能在室温条件下固化环氧树脂组合物的稀土氧化物固化剂，环保无毒且廉价。由于稀土化合物中稀土金属的d或f空轨道可以与环氧树脂或酸酐中的活性官能团络合，从而限制了体系的随机反应，使得交联网络更为均匀，从而提高了固化物的各项性能。选用此类无机稀土固化剂不但开拓了固化剂领域的应用研究，还对环氧树脂的合成与改性研究提供了新的方向。
发明内容
本发明所要解决的问题是：提供一种新型环氧树脂组合物的制备方法，使用了可在室温条件下固化环氧树脂组合物的无机稀土类固化剂，环保无毒，加之调整体系中各组分的相互作用及其配比，从而制备出固化时间短、拉伸性能优越、抗冲击强度高、断裂韧性良好的环氧树脂组合物。
本发明为解决上述问题所提供的技术方案为：一种新型环氧树脂组合物的制备方法，所述的环氧树脂组合物的制备步骤如下：
(1)、将环氧树脂预热，使其粘度降低，然后称取一定质量分数的预热后的环氧树脂；按照一定质量的百分比称取经干燥处理的有机蒙脱土，在一定温度控制条件下加入事先称取好的环氧树脂熔体中搅拌一定的时间，使其混合均匀；
(2)、保温条件下，对步骤(1)中熔融混合物进行抽空脱气，将经过抽空的混合体系加热或降温至25℃；按照一定的化学计量比加入干燥稀土氧化物和吡啶，再次在机械搅拌的作用下混合一定的时间，使体系分散均匀；
(3)、将步骤(2)反复减压抽空，脱除气泡，直到体系内无明显的气泡为止；将经过上述各项步骤处理后的混合熔体浇入已预热的模具中，经过在室温条件下的预固化与固化程序，固化成型；最后自然冷却、脱模，制得环氧树脂组合物。
优选的，所述步骤(1)中加入环氧树脂的质量分数为76％～82％。
优选的，所述步骤(1)中添加有机蒙脱土的质量分数为2％～10％。
优选的，所述步骤(1)中温度控制为25℃～90℃。
优选的，所述步骤(2)中加入干燥稀土氧化物的质量分数为3％～12％。
优选的，所述步骤(2)中加入吡啶的质量分数为0.5％～5％。
优选的，所述步骤(2)中稀土氧化物为：氧化铌、氧化铈、氧化钕、氧化钽、氧化镧中的任意一种或多种结合。
与现有技术相比，本发明的优点是：本发明使用了能在室温条件下固化环氧树脂复合材料的无机类稀土固化剂，离子大且带有高电荷，能与碳形成强键，很容易获得和失去电子，促进化学反应进行，使交联网络更为均匀，缩短了固化时间，制备出的环氧树脂组合物断裂韧性、抗冲击强度、拉伸性能也更加良好。从而克服了一般有机固化剂的固化条件复杂，具有一定毒性，固化产物的耐酸碱性、耐冲击性能不佳等问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明的以3.6％氧化镧添加的环氧树脂/有机蒙脱土复合材料负荷-拉伸曲线(峰值189N)。
图2是本发明的以5％氧化镧添加的环氧树脂/有机蒙脱土复合材料负荷-拉伸曲线(峰值728N)。
具体实施方式
以下将通过实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
实施例一：
(1)将环氧树脂预热，使其粘度降低，然后称取82份预热后的环氧树脂。按照一定质量百分比(10％)称取经干燥处理的有机蒙脱土约8份，在75℃温度控制条件下加入事先称取好的环氧树脂熔体中搅拌一定的时间，使其混合均匀。
(2)保温条件下，对步骤(1)中熔融混合物进行抽空脱气，将经过抽空的混合体系加热或降温至25℃(室温即可)。按照一定的化学计量比加入大约10份的干燥氧化镧和少量吡啶，再次在机械搅拌的作用下混合一定的时间，使体系分散均匀。
(3)将步骤(2)反复减压抽空，脱除气泡，直到体系内无明显的气泡为止。将经过上述各项步骤处理后的混合熔体浇入已预热的模具中，经过在室温条件下的预固化与固化程序，固化成型。最后自然冷却、脱模，制得环氧树脂/蒙脱土复合材料。
实施例二：
(1)将环氧树脂预热，使其粘度降低，然后称取82份预热后的环氧树脂。称取经干燥处理的有机蒙脱土约8份，在75℃温度控制条件下加入事先称取好的环氧树脂熔体中搅拌一定的时间，使其混合均匀。
(2)保温条件下，对步骤(1)中熔融混合物进行抽空脱气，将经过抽空的混合体系加热或降温至25℃(室温即可)。按照一定的化学计量比加入大约10份的干燥氧化铌和少量吡啶，再次在机械搅拌的作用下混合一定的时间，使体系分散均匀。
(3)将步骤(2)反复减压抽空，脱除气泡，直到体系内无明显的气泡为止。将经过上述各项步骤处理后的混合熔体浇入已预热的模具中，经过在室温条件下的预固化与固化程序，固化成型。最后自然冷却、脱模，制得环氧树脂/蒙脱土复合材料。
实施例三：
(1)将环氧树脂预热，使其粘度降低，然后称取82份预热后的环氧树脂。按照一定质量百分比(10％)称取经干燥处理的有机蒙脱土约8份，在90℃温度控制条件下加入事先称取好的环氧树脂熔体中搅拌一定的时间，使其混合均匀。
(2)保温条件下，对步骤(1)中熔融混合物进行抽空脱气，将经过抽空的混合体系加热或降温至25℃(室温即可)。按照一定的化学计量比加入大约10份的干燥氧化镧和少量吡啶，再次在机械搅拌的作用下混合一定的时间，使体系分散均匀。
(3)将步骤反复减压抽空，脱除气泡，直到体系内无明显的气泡为止。将经过上述各项步骤处理后的混合熔体浇入已预热的模具中，经过在室温条件下的预固化与固化程序，固化成型。最后自然冷却、脱模，制得环氧树脂/蒙脱土复合材料。
实施例四：
(1)将环氧树脂预热，使其粘度降低，然后称取75份预热后的环氧树脂。称取经干燥处理的有机蒙脱土约15份，在75℃温度控制条件下加入事先称取好的环氧树脂熔体中搅拌一定的时间，使其混合均匀。
(2)保温条件下，对步骤(1)中熔融混合物进行抽空脱气，将经过抽空的混合体系加热或降温至25℃(室温即可)。按照一定的化学计量比加入大约10份的干燥氧化镧和少量吡啶，再次在机械搅拌的作用下混合一定的时间，使体系分散均匀。
(3)将步骤(2)反复减压抽空，脱除气泡，直到体系内无明显的气泡为止。将经过上述各项步骤处理后的混合熔体浇入已预热的模具中，经过在室温条件下的预固化与固化程序，固化成型。最后自然冷却、脱模，制得环氧树脂/蒙脱土复合材料。
实施例五：
(1)将环氧树脂预热，使其粘度降低，然后称取87份预热后的环氧树脂。称取经干燥处理的有机蒙脱土约9份，在75℃温度控制条件下加入事先称取好的环氧树脂熔体中搅拌一定的时间，使其混合均匀。
(2)保温条件下，对步骤(1)中熔融混合物进行抽空脱气，将经过抽空的混合体系加热或降温至25℃(室温即可)。按照一定的化学计量比加入大约4份的干燥氧化镧和少量吡啶，再次在机械搅拌的作用下混合一定的时间，使体系分散均匀。
(3)将步骤(2)反复减压抽空，脱除气泡，直到体系内无明显的气泡为止。将经过上述各项步骤处理后的混合熔体浇入已预热的模具中，经过在室温条件下的预固化与固化程序，固化成型。最后自然冷却、脱模，制得环氧树脂/蒙脱土复合材料。
实例中的产品处于室温条件下进行固化，降低了固化成本，固化时间为2-4天，可以有效的提升环氧树脂/蒙脱土复合材料的性能，并且制得的产品较为安全，低毒廉价。以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明保护范围内。
Claims (7)
1.一种新型环氧树脂组合物的制备方法，其特征在于：所述的环氧树脂组合物的制备步骤如下：
(1)、将环氧树脂预热，使其粘度降低，然后称取一定质量分数的预热后的环氧树脂；按照一定质量的百分比称取经干燥处理的有机蒙脱土，在一定温度控制条件下加入事先称取好的环氧树脂熔体中搅拌一定的时间，使其混合均匀；
(2)、保温条件下，对步骤(1)中熔融混合物进行抽空脱气，将经过抽空的混合体系加热或降温至25℃；按照一定的化学计量比加入干燥稀土氧化物和吡啶，再次在机械搅拌的作用下混合一定的时间，使体系分散均匀；
(3)、将步骤(2)反复减压抽空，脱除气泡，直到体系内无明显的气泡为止；将经过上述各项步骤处理后的混合熔体浇入已预热的模具中，经过在室温条件下的预固化与固化程序，固化成型；最后自然冷却、脱模，制得环氧树脂组合物。
2.根据权利要求1所述的一种新型环氧树脂组合物的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中加入环氧树脂的质量分数为76％～82％。
3.根据权利要求2所述的一种新型环氧树脂组合物的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中添加有机蒙脱土的质量分数为2％～10％。
4.根据权利要求3所述的一种新型环氧树脂组合物的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中温度控制为25℃～90℃。
5.根据权利要求1所述的一种新型环氧树脂组合物的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中加入干燥稀土氧化物的质量分数为3％～12％。
6.根据权利要求5所述的一种新型环氧树脂组合物的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中加入吡啶的质量分数为0.5％～5％。
7.根据权利要求6所述的一种新型环氧树脂组合物的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中稀土氧化物为：氧化铌、氧化铈、氧化钕、氧化钽、氧化镧中的任意一种或多种结合。
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