[发明专利]一种二氧化硅/聚双环戊二烯复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种热固性聚合物基复合材料，更具体而言，涉及一种二氧化硅/聚双环戊二烯复合材料，及该复合材料的制备方法。所述复合材料由原料组合物反应得到，其特征在于：该原料组合物包含双环戊二烯、二氧化硅和催化剂，原料组合物中的双环戊二烯作为100质量份时，二氧化硅为0.05‑20质量份，催化剂为0.003‑0.6质量份，所述二氧化硅为含有非极性基团的二氧化硅，所述的催化剂为一代Grubbs催化剂或二代Grubbs催化剂。与现有技术相比，制备的二氧化硅/聚双环戊二烯复合材料具有较高的强度和韧性；制备方法操作简单，成本低，效率高，且易于工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种热固性聚合物基复合材料，更具体而言，涉及一种二氧化硅/聚双环戊二烯复合材料，及该复合材料的制备方法。

背景技术

近年来，随着Grubbs催化剂的发展，开环易位聚合(ROMP)已成功用于各种带有极性和非极性前驱体的聚合，被证实是一种优良的生产工业化产品的方法。聚双环戊二烯(PDCPD)是一种具有高模量、高抗冲击性以及耐化学腐蚀性的热固性树脂，是由单体双环戊二烯(DCPD)在Grubbs催化剂或者双组份催化剂存在下通过开环易位聚合而成。最近，PDCPD在自修复材料方面的应用引起了人们的广泛关注。在自修复系统中，微胶囊化的DCPD和Grubbs催化剂被置于环氧树脂中，当树脂出现裂纹或者损伤时，微胶囊破裂并释放DCPD自愈剂进入破损区域，与催化剂结合后开始聚合，材料达到自修复效果。然而，作为自修复材料必须具有良好的综合力学性能，纯PDCPD材料的强度和韧性并不能满足自修复材料的要求。

二氧化硅(SiO₂)是一种成本低、无毒、无污染、轻质、微观结构近似球形的白色粉末，具有高的比表面积，粒径可小至纳米级，是一种优良的增强材料。由于纯的SiO₂表面具有大量的极性羟基(-OH)，与非极性的DCPD界面相容性以及分散性较差，因此需在SiO₂表面引入非极性基团以增加DCPD单体与SiO₂的界面相容性和分散性，这是实现SiO₂对PDCPD增强的关键。中国专利CN101987907B公开了一种聚双环戊二烯复合材料及其制备方法，通过添加有机官能团改性的无机纳米粒子和聚合物微粒，来提高聚双环戊二烯复合材料的模量、抗冲强度和耐磨性。

发明内容

但是，中国专利CN101987907B中，从[0076]表1可知，仅添加纳米二氧化硅粒子等无机粒子制备得到的复合材料，其抗冲击强度基本低于纯PDCPD，没有起到增强增韧效果。从[0079]表二可知，当同时添加无机粒子和聚合物微粒时，其抗冲强度有所提升，但增加效果仍然不明显，如表所示，添加了2％的纳米氧化锆和2.0％的尼龙9，其抗冲强度仅提高19.7％。

因此，本发明的目的，提供高强度、高韧性的聚双环戊二烯复合材料。

本发明人等经过深入研究，最终发现：含有非极性基团的二氧化硅在双环戊二烯中具有良好的界面相容性和分散性，进而通过原位聚合制备二氧化硅/聚双环戊二烯复合材料，该二氧化硅/聚双环戊二烯复合材料与纯的聚双环戊二烯材料相比，强度和韧性均大幅度提高。

即，本发明涉及一种二氧化硅/聚双环戊二烯复合材料，由原料组合物反应得到，其特征在于：该原料组合物包含双环戊二烯、二氧化硅和催化剂，原料组合物中的双环戊二烯作为100质量份时，二氧化硅为0.05-20质量份，催化剂为0.003-0.6质量份，所述二氧化硅为含有非极性基团的二氧化硅，所述的催化剂为一代Grubbs催化剂或二代Grubbs催化剂。

进而，所述的二氧化硅/聚双环戊二烯复合材料，其中，含有非极性基团的二氧化硅的平均直径为50-2000nm。

进而，所述的二氧化硅/聚双环戊二烯复合材料，其中，含有非极性基团的二氧化硅的平均直径为200-800nm。