[发明专利]二氧化硅填料、二氧化硅填料的表面处理方法及环氧树脂复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种二氧化硅填料及其表面处理方法，本发明还涉及一种含有经表面处理的二氧化硅填料的环氧树脂复合材料；本发明属于材料表面改性和聚合物复合材料领域。

背景技术

环氧树脂由于具有优异的粘接性、耐化学腐蚀性、电绝缘性以及低收缩、易加工和低成本等优点，其在胶粘剂、涂料、建筑、航天航空、电子封装等领域具有广泛的应用。然而，由于纯环氧树脂固化后具有较高的交联密度，存在质脆、内应力大、和热膨胀系数高等缺点，从而限制了其进一步应用。二氧化硅材料由于其自身高的刚性、模量和低热膨胀系数等优势，因而被广泛用作填料添加到环氧树脂中，以提高环氧树脂的机械性能，并降低其固化收缩和热膨胀系数。

环氧树脂/二氧化硅复合材料的性能与填料的尺寸、尺寸分布、形貌、填充量，尤其是填料与聚合物基体的界面相性质密切相关。研究表明，当填料的尺寸达到纳米尺度，填料与聚合物基体的界面相性质已成为影响聚合物复合材料性能的关键因素之一。因此，通过调节和改善填料与聚合物基体的界面相性质，可以进一步提高环氧树脂/二氧化硅复合材料的综合性能。但是，由于二氧化硅过高的比表面积和其表面富含的大量羟基，使其与环氧树脂基底的相容性较差，粒子间很容易发生团聚，导致环氧树脂的粘度急剧增大，降低了环氧树脂的可加工性和操作性。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种二氧化硅填料，二氧化硅表面包覆有聚合物壳层，从而提高了二氧化硅与环氧树脂基体的相容性以及界面结合力，同时可有效降低环氧树脂复合材料的粘度和热膨胀系数。

本发明的目的之二是提供一种二氧化硅填料的表面处理方法，其在二氧化硅表面包覆聚合物壳层，从而提高了二氧化硅与环氧树脂基体的相容性以及界面结合力，同时可有效降低环氧树脂复合材料的粘度和热膨胀系数。

本发明的目的之三是提供一种环氧树脂复合材料，其包含经表面处理的二氧化硅填料，因二氧化硅表面包覆有聚合物壳层，环氧树脂与二氧化硅具有较优的相容性以及界面结合力，同时环氧树脂复合材料的粘度和热膨胀系数得以有效降低。

本发明所述的二氧化硅填料具有核-壳结构，其中，内核为二氧化硅，外壳为由聚合物构成的包覆层。

优选的，所述聚合物为线型聚合物；

优选的，所述线型聚合物的相对分子质量为5000～70000，优选为10000～60000，进一步优选为20000～45000，更进一步优选为30000～40000；

线型聚合物的相对分子质量可以为5500、8000、10000、12000、18000、20000、23000、27000、30000、36000、43000、48000、53000、56000、60000、62000、65000或67000。

优选的，所述线型聚合物为聚烯醇和/或含有氨基的聚合物；

优选的，所述线型聚合物为聚乙烯醇、聚多巴胺、聚乙烯亚胺、聚酰亚胺、聚酰胺酸中的一种或两种以上；所述组合典型非限定的为聚乙烯醇与聚多巴胺的组合，聚乙烯醇与聚乙烯亚胺的组合，聚乙烯醇与聚酰胺酸的组合，聚乙烯醇、聚多巴胺与聚乙烯亚胺的组合，聚多巴胺、聚乙烯亚胺与聚酰亚胺的组合，聚乙烯亚胺、聚酰亚胺与聚酰胺酸的组合等。

优选的，所述包覆层的厚度为5～100nm，优选为5～85nm，进一步优选为10～60nm，更进一步优选为10～30nm。

包覆层的厚度可以为10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm、50nm、55nm、60nm、65nm、70nm、75nm、80nm、85nm、90nm、93nm、95或98。

本发明所述的二氧化硅填料的表面处理方法，包括如下步骤：

(1)将二氧化硅溶于溶剂中，制得二氧化硅分散液；

(2)将所述二氧化硅分散液与聚合物水溶液或聚合物醇溶液混合，于20～60℃下超声2～24h，分离，洗涤，制得具有核-壳结构的二氧化硅填料。

优选的，步骤(1)中，所述溶剂为水或无水乙醇。

优选的，所述二氧化硅分散液中，二氧化硅的浓度为1～400g/L，优选为5～350g/L，进一步优选为50～300g/L，更进一步优选为100～200g/L。

所述二氧化硅分散液中，二氧化硅的浓度可以为5g/L、50g/L、100g/L、130g/L、150g/L、180g/L、200g/L、220g/L、250g/L、270g/L、300g/L、320g/L、350g/L或370g/L。