[发明专利]一种环氧树脂纳米复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种环氧树脂纳米复合材料的制备方法，属于新型材料技术领域。

背景技术

淀粉纳米晶是聚多糖纳米晶中的重要一员，尺寸在几十到一百多个纳米间，主要由结晶态较好的支链淀粉组成，可通过水解淀粉粒的方法制得。在酸、碱或超声的作用下，淀粉粒中无定形的支链淀粉首先被水解掉，保留下分子排列较整齐、紧密的结晶态支链淀粉区域便是所要的片层结构淀粉纳米晶，且水解法是当前制备淀粉纳米晶最主要的方法。淀粉纳米晶生物相容性好，生物可再生及降解，强度大，模量高，密度小，来源丰富，成本低，可大规模高质量生产；以其优异的性能及相对无机纳米粒子的特异性而被用作传统无机纳米粒子的替代材料，大有广泛应用于各种合成及天然高分子基纳米复合材料中的趋势，特别是用于研发可全生物降解纳米复合材料中，成为纳米材料及生物质材料领域交叉研究的热点。

淀粉纳米晶应用于纳米复合材料中，可促进生物质材料的优化利用及高值转化，避免无机纳米粒子应用时的环境沉积弊端，同时赋予了复合材料一定的生物可降解性，符合可持续发展战略。传统环氧树脂基纳米复合材料大都采用无机纳米粒子，虽然一些性能得到提高，但是复合材料存在降解困难、密度较大及造价高等不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环氧树脂纳米复合材料的制备方法，该方法工艺简单、环保。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种环氧树脂纳米复合材料的制备方法，其特征在于它包含如下步骤：

1)原料的预处理：液态环氧树脂在50～100℃的条件下真空干燥除水，直到液态环氧树脂变得澄清且无气泡冒出为止，得到预处理后的液态环氧树脂；

固化剂使用前经减压蒸馏纯化处理，使固化剂的纯度≥95wt％；

2)经硫酸溶液作用的淀粉纳米晶的提取：按H₂SO₄溶液、淀粉、去离子水的配比为250mL∶36.00g∶100mL，选取3.16mol/L H₂SO₄溶液、淀粉和去离子水，备用；

在搅拌的条件下将淀粉加入到装有3.16mol/L H₂SO₄溶液的容器中；将容器置于40℃的油浴锅中，100rpm的速率下机械搅拌5d，得到白色的悬浮液体A；

悬浮液体A再离心洗涤至接近中性(pH为6～8)，并倒去上层悬浮液及沉淀的上半部分(一半沉淀)，得到底部沉淀较密实的白色固体B；

将白色固体B与去离子水混合，搅拌均匀后透析1d(天)，再经分装后迅速冷冻并真空冷冻干燥，得到白色棉花状的淀粉纳米晶；

3)预处理后的液态环氧树脂与淀粉纳米晶的熔融共混过程：按预处理后的液态环氧树脂质量∶淀粉纳米晶的质量为100∶0.01～95的配比将原料加入到容器(如圆底烧瓶)中，并将容器置于60～90℃的油浴锅中，100～1000rpm下搅拌15～60min，再超声15～60min，超声后冷却至室温，得环氧树脂/淀粉纳米晶复合物；

4)环氧树脂/淀粉纳米晶复合物的固化剂加入过程：将环氧树脂/淀粉纳米晶复合物置入混合容器中，在室温下加入与步骤3)中预处理后的液态环氧树脂质量(根据步骤3)中液态环氧树脂的质量来确定)相对应的化学计量比的固化剂，搅拌5～30min使之充分混合，得到预聚物；预聚物在室温下抽真空脱气5～30min(真空度为-0.1MPa)，以除去预聚物中的空气及少量水汽，得到环氧树脂/淀粉纳米晶预聚物；

5)环氧树脂/淀粉纳米晶预聚物的固化成型过程：将模具预热到20～40℃，随后将环氧树脂/淀粉纳米晶预聚物浇注到模具中，将模具连同环氧树脂/淀粉纳米晶预聚物一同抽真空再脱气5～30min[真空度为-0.1MPa(“-”表示≤)]，脱气后的预聚物室温下固化2～5d，再90～120℃后固化2～8h，得到环氧树脂纳米复合材料(产品)。

所述的液态环氧树脂为液态环氧树脂E54、E51、E44、E42、E35、E31、E20等于50～100℃加热条件下呈液态的环氧树脂中的任意一种或它们按任意配比的混合物。

固化剂可以是二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺或二乙胺基代丙胺等脂肪族多元胺中任一种。

所述的淀粉为豌豆淀粉、马铃薯淀粉、绿豆淀粉、木薯淀粉、甘薯淀粉、红薯淀粉、麦类淀粉、菱角淀粉、藕淀粉、玉米淀粉等中的任意一种。

所述的超声频率为40KHz，功率为100W。