CN110982222A - 一种苯并噁嗪复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种苯并噁嗪复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高韧性苯并噁嗪复合材料及其制备方法。包括按重量份数计的如下组分:苯并噁嗪中间体60‑90份;无机填料10‑30份;分散剂1‑5份;桥接剂0.2‑5份;催化剂0.05‑3份。该复合材料成本低、加工性能好、制备工艺简单,可操作性强,易于大规模应用普及。

Description

一种苯并噁嗪复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种苯并噁嗪复合材料及其制备方法,属于高分子材料及其制备领域。
背景技术
苯并噁嗪树脂是以酚类化合物、胺类化合物和醛为原料合成的苯并六元杂环化合物—苯并噁嗪单体为原料,苯并噁嗪单体在加热或催化剂的作用下固化形成苯并噁嗪树脂。与传统酚醛树脂相比,苯并噁嗪树脂具有许多新的优点,比如较低的熔融黏度,便于成型加工;不需要强酸催化剂,加热或使用路易斯酸等催化剂就可使其开环聚合;聚合时无小分子放出;聚合过程中收缩很小;耐热性好,具有较高的玻璃化转变温度和热稳定性;具有良好的力学、介电、阻燃等综合性能,并且吸水率极低;具有灵活的分子设计性等。因而苯并噁嗪在覆铜板、层压板、耐火材料、RTM、复合材料、绝缘材料等领域有广泛的应用前景。但苯并噁嗪树脂的往往存在着内应力大、易开裂、脆性大,耐冲击性能较差等缺陷,限制了其生产应用。因此,如何提高其韧性以满足更多更高性能要求的应用是目前苯并噁嗪树脂研究的重点。
目前,苯并噁嗪增韧改性途径大致分为以下几种:(1)与橡胶弹性体共混,体系在受到外界冲击时,橡胶粒子可以产生塑性形变,吸收大量的能量从而提高体系的韧性,但存在橡胶与苯并噁嗪树脂的相容性差,且橡胶粒子的耐热性差,会导致树脂体系的拉伸强度和耐热性能下降。(2)与高玻璃化转变温度、高模量的热塑性特种工程塑料共混,在提高基体韧性的同时,保持其高耐热性等,但体系粘度大,加工困难。(3)通过引入柔性的基团,合成韧性苯并噁嗪树脂,改善苯并噁嗪树脂的韧性,但特殊结构单体原料来源少,有时需要自己合成,增加了合成的工艺流程,较为复杂,而且常规的柔性单体的引入会大幅度降低树脂的耐热性能。苯并噁嗪树脂的拉伸强度、韧性的影响因素繁多,各影响因素之间相互影响,关联关系复杂,使得想要兼顾其耐热性、韧性难以实现。
中国发明专利CN201510606773.9提供了一种氧化石墨烯与尼龙12微球与苯并噁嗪在溶液条件下共混,以达到增韧效果的技术方案,但该发明操作步骤复杂,且仅提供了实验室内小批量制备的方法,暂不具备大批量应用条件。中国发明专利CN201810845551.6记录了一种通过癸二胺改性苯并噁嗪中间体的方法,通过结构上引入柔性连段,从而达到改善苯并噁嗪韧性的目标,但是该方案使苯并噁嗪其他性能,如CTE、拉伸强度等有所损失,不利于该材料的综合利用。
因此,如何制备一种成本低、韧性好、加工性能好且易于普及的高韧性苯并噁嗪复合材料复合材料,是现有技术中亟需解决的问题。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种高韧性苯并噁嗪复合材料及其制备方法。包括按重量份数计的如下组分:
Figure BDA0002256440000000021
Figure BDA0002256440000000031
所述苯并噁嗪中间体分子为A、B、C三种中间体其中一种或多种。
A:
Figure BDA0002256440000000032
R为直链烯烃链段。
进一步地,R为碳原子数目是2-5的直链烯烃链段。
B:
Figure BDA0002256440000000033
C:
Figure BDA0002256440000000034
所述无机填料优选为微观结构趋于平面二维结构的纳米级片状无机材料。
作为优选方案,片状无机材料为片状有机改性蒙脱土、片状高岭土、片状碳酸钙、片状硫酸钙、片状滑石粉、片状石棉、云母、片状二氧化硅中的一种或多种。
作为优选方案,所述桥接剂为具有酸酐官能团、且能与苯并噁嗪中间体和表面带羧基/羟基的无机材料发生反应的化合物。优选为马来酸酐、丁二酸酐、邻苯二甲酸酐中的一种或几种。
作为优选方案,所述分散剂包括过氧化物类化合物、异氰酸酯类化合物、多官能团环氧类化合物、磷酸酯类化合物中的一种或多种。
优选地,所述过氧化物类化合物是过氧化二苯甲酰、过氧化二异丙苯、过氧化二叔丁基中的一种或几种。
所述异氰酸酯类化合物可选为二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯中、1,6-己二异氰酸酯、邻苯二甲基二异氰酸酯、萘二异氰酸酯的一种或几种的组合。
所述多官能团环氧类化合物优选为BASF公司生产的Joncryl ADR系列产品。
所述磷酸酯类化合物可选为磷酸三苯酯、三壬基苯基亚磷酸酯中的中的一种或两种。
作为优选方案,所述催化剂为铝羧酸盐类、锡羧酸盐类、锌羧酸盐类和稀土羧酸盐类中的一种或多种。
优选为辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡、二丁基二乙酸锑、乙酸锑中一种或几种。
本发明还提供了一种如前述的具有高韧性苯并噁嗪复合材料及其制备方法,其包括如下步骤:
将苯并噁嗪、无机填料、桥接剂、分散剂和催化剂分别进行干燥后,混合均匀;
经熔融共混、挤出造粒、冷却切粒和干燥,得到所述具有高韧性苯并噁嗪复合材料
作为优选方案,所述熔融共混的温度为120-200℃。
作为优选方案,所述挤出造粒是在双螺杆挤出机中进行的,且控制口模的温度为120-200℃,螺杆的长径比为25-65,螺杆转速为100-300rpm。
与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:
1、将苯并噁嗪中间体与片状无机材料桥接,极大的改善了无机材料在苯并噁嗪中间体中的相容性和分散性;
2、片状无机材料在共混体系中因与苯并噁嗪树脂基体桥接,极大的改善了片状无机材料在苯并噁嗪材料的相容性和分散性,在二维结构上形成一定比例的定向分布,增加了该材料的机械性能,
3、复合材料在双螺杆挤出机中低温共混,避免发生副反应。
4、复合材料成本低、加工性能好、制备工艺简单,可操作性强,易于大规模应用普及。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
以下所有试剂原材料为市售所得。
其中A为:
Figure BDA0002256440000000061
其中R为乙烯基。
B为:
Figure BDA0002256440000000062
其中C为:
Figure BDA0002256440000000063
苯并噁嗪复合材料的制备方法为:将苯并噁嗪和各种添加剂分别进行干燥后,混合均匀;经熔融共混、挤出造粒、冷却切粒和干燥,得到所述具有高韧性苯并噁嗪复合材料;所述熔融共混的温度为180℃;口模的温度为180-200℃,螺杆的长径比为25-65,螺杆转速为100-300rpm。
各实施例和对比例得到的聚苯并噁嗪产品分别模压成4mm厚的板材(以下所称标样均为此厚度),按GB/T 1040.3-2006制成标准样条,进行水平拉伸测试,测试结果如表3所示。
对比例a-f的原料配比和实施例1-16的原料配比分别如表1-表5所示。
表1:对比例a-g的配方(单位/份)
Figure BDA0002256440000000071
表2:实施例1~4的配方
Figure BDA0002256440000000072
Figure BDA0002256440000000081
表3:实施例5~8的配方
Figure BDA0002256440000000082
表4:实施例9~12的配方
Figure BDA0002256440000000091
表5:实施例13~16的配方
Figure BDA0002256440000000092
Figure BDA0002256440000000101
表3-1对比例a~f标样平均拉伸强度及断裂伸长率的测试结果
Figure BDA0002256440000000102
表3-2实施例1~16标样平均拉伸强度及断裂伸长率的测试结果
Figure BDA0002256440000000103
Figure BDA0002256440000000111
分析对比例a和b可以得出,只加入一定量桥接剂、分散剂、催化剂而不添加片状纳米无机物,不能起到增韧效果,分析对比例a、c、d可以得出添加少量片状纳米无机物,配合助剂的影响也只是些微提升聚苯并噁嗪拉伸强度,但效果不明显。而对比例e、f说明相似结构的苯并噁嗪中间体所得实验结果基本一致。分析对比例a、c可知单独添加桥接剂,无分散剂协同情况下,复合材料的拉伸强度及断裂伸长率有所增加,但远未达最佳。
实施例1~4可以看出说明书所述的片状无机纳米材料与桥接剂、分散剂、催化剂配合有明显的协同作用,使苯并噁嗪的拉伸强度及断裂伸长率都有比较大的提升。拉伸强度相较于对比例a有50%以上提升,断裂伸长率提升相对明显,超过300%
对比实施例5~8可以得出,只添加片状纳米材料,而不添加桥接剂、分散剂、催化剂等助剂,也能小幅提高基体材料的相关拉伸强度和断裂伸长率,但由于片状纳米无机材料未能在基体材料中充分分散,并形成一定程度的取向,使得提升效果远远达不到工业应用要求。实施例9~12的比较说明随着添加无机纳米材料的量的增加,材料性能的提升会随着提升并达到一个最大值,过多的添加无机纳米材料会损害材料的性能,可以看出添加40份纳米无机材料后,材料性能有个比较大的降低。
实施例13~16对比结果说明,单方面增加桥接剂用量,而不配合分散剂比例用量,复合材料的拉伸强度及断裂伸长率反而有一定的降低,再次说明桥接剂和分散剂需共同使用,已达到协同改性的效果。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式。

Claims (10)

1.一种高韧性苯并噁嗪复合材料,其特征在于包括按重量份数计的如下组分:
Figure FDA0002256439990000011
所述苯并噁嗪中间体分子为A、B、C三种中间体其中一种或多种;
A:
Figure FDA0002256439990000012
R为直链烯烃链段;
B:
Figure FDA0002256439990000013
C:
Figure FDA0002256439990000014
2.如权利要求1所述的高韧性苯并噁嗪复合材料,其特征在于:R为碳原子数目是2-5的直链烯烃链段。
3.如权利要求1所述的高韧性苯并噁嗪复合材料,其特征在于:无机填料为片状有机改性蒙脱土、片状高岭土、片状碳酸钙、片状硫酸钙、片状滑石粉、片状石棉、云母、片状二氧化硅中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的高韧性苯并噁嗪复合材料,其特征在于:桥接剂为马来酸酐、丁二酸酐、邻苯二甲酸酐中的一种或几种。
5.如权利要求1所述的高韧性苯并噁嗪复合材料,其特征在于:分散剂包括过氧化物类化合物、异氰酸酯类化合物、多官能团环氧类化合物、磷酸酯类化合物中的一种或多种。
6.如权利要求5所述的高韧性苯并噁嗪复合材料,其特征在于:所述过氧化物类化合物是过氧化二苯甲酰、过氧化二异丙苯、过氧化二叔丁基中的一种或几种。
7.如权利要求5所述的高韧性苯并噁嗪复合材料,其特征在于:所述异氰酸酯类化合物可选为二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯中、1,6-己二异氰酸酯、邻苯二甲基二异氰酸酯、萘二异氰酸酯的一种或几种的组合;所述多官能团环氧类化合物优选为BASF公司生产的Joncryl ADR系列产品;所述磷酸酯类化合物可选为磷酸三苯酯、三壬基苯基亚磷酸酯中的中的一种或两种。
8.如权利要求1所述的高韧性苯并噁嗪复合材料,其特征在于:所述催化剂为铝羧酸盐类、锡羧酸盐类、锌羧酸盐类和稀土羧酸盐类中的一种或多种。
9.如权利要求8所述的高韧性苯并噁嗪复合材料,其特征在于:所述催化剂为辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡、二丁基二乙酸锑、乙酸锑中一种或几种。
10.一种高韧性苯并噁嗪复合材料的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:
(1)将苯并噁嗪、无机填料、桥接剂、分散剂和催化剂分别进行干燥后,混合均匀;
(2)经熔融共混、挤出造粒、冷却切粒和干燥,得到所述高韧性苯并噁嗪复合材料;所述熔融共混的温度为120-200℃。
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