[发明专利]核壳橡胶粒子及其环氧树脂复合物及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于水性环氧树脂增韧剂领域，尤其涉及一种亚微米核壳橡胶粒子及 其增强增韧的环氧树脂复合物以及二者的制备方法。

背景技术

环氧树脂是一种三维网状的热固性聚合物，是一种脆性很强的材料，其增韧 改性是高分子科学与材料领域基础研究和应用开发的重要研究内容，一直以来都 受到广泛关注。但是单纯采用橡胶或者弹性体或者刚性粒子对环氧树脂增韧都存 在着一些缺点。譬如，单纯采用橡胶或弹性体增韧环氧树脂，橡胶或弹性体的掺 加量要求非常高，通常需要达到20wt％以上的掺量才能起到增韧作用，这样， 虽然冲击韧性得到了提高，但这往往会导致材料的强度和模量损失太多；而采用 无机刚性粒子对其进行增韧，虽然材料的强度和模量不会损失，但是材料的韧性 基本得不到提高，而且由于无机粒子和有机环氧树脂的相容性差，通常会存在无 机粒子无法均匀分散在环氧树脂基体中的问题，特别是微纳米尺寸无机填料填充 环氧树脂体系，由于粒子尺寸小，具有非常高的表面能，极易在基体中发生大面 积团聚现象，从而使环氧树脂中产生较大缺陷，这样，反倒降低了环氧树脂的韧 性，环氧树脂的增强与增韧成为一种矛盾，制约该产品进一步向更优性能的发展。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的一方面在于提供一种包覆率高、尺寸均匀、壳层厚 度一致的亚微米核壳橡胶粒子及其制备方法，另一方面在于提供一种高强度且高 韧性的亚微米核壳橡胶粒子增强增韧的环氧树脂复合物及其制备方法。

为了达到上述目的，一方面，本发明提供了一种亚微米核壳橡胶粒子，其包 括二氧化硅球形颗粒内核，以及包覆在内核表面的外壳层，二氧化硅球形颗粒内 核直径为0.2～0.5μm，外壳层是丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸缩水甘油酯的共聚物， 甲基丙烯酸缩水甘油酯和丙烯酸丁酯的单体质量比例为1:20～1:5，壳层平均厚 度为0.01～0.2μm。

第二方面，本发明提供了第一方面所述的亚微米核壳橡胶粒子的制备方法， 包括以下步骤：

步骤A，在10～90℃条件下，应用溶胶凝胶法制备均匀分散的亚微米二氧 化硅，采用硅烷偶联剂对其进行表面憎水性改性，得到憎水性亚微米二氧化硅；

步骤B，在40～98℃条件下，采用预乳化种子乳液聚合法，以步骤A得到 的憎水性亚微米二氧化硅为内核，以丙烯酸丁酯与甲基丙烯酸缩水甘油酯单体进 行聚合包覆，得到核壳橡胶粒子乳液；

步骤C，将步骤B所得核壳粒子乳液利用液氮进行快速冷却固化成冰状物， 除去水分得到亚微米核壳橡胶粒子粉末。

第三方面，本发明提供了采用本发明第一方面所述的亚微米核壳橡胶粒子增 强增韧的环氧树脂复合物，所述环氧树脂复合物原料组分包括环氧树脂、固化剂、 亚微米核壳橡胶粒子，其中，所述环氧树脂用量占原料组分总重量的80～97％， 所述固化剂用量为环氧树脂重量的3～8％，亚微米核壳橡胶粒子的用量为环氧 树脂重量的3～25％。

第四方面，本发明提供了第三方面的亚微米核壳橡胶粒子增强增韧的环氧树 脂复合物的制备方法，包括如下步骤：

步骤1,制备亚微米核壳橡胶粒子，将其分散在稀释剂中，再与环氧树脂混 合均匀，得到均匀分散的含有亚微米核壳橡胶粒子的环氧树脂复合预聚物；

步骤2，加入固化剂，分散均匀后排气，固化，得到最终产物。