[发明专利]一种纳米氧化锆/环氧树脂复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种纳米氧化锆/环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，所述的纳米氧化锆/环氧树脂复合材料包括纳米氧化锆粒子和环氧树脂，所述纳米氧化锆粒子采用改进的溶胶-凝胶自蔓延燃烧法合成，其粒径为3～10nm，添加量为环氧树脂的复合材料的1～10wt％；所述制备方法包括以下步骤：

(1)采用溶胶-凝胶燃烧法制备氧化锆纳米粒子

将无机锆盐溶于去离子水中，向溶液中加入碱性沉淀剂生成凝胶状沉淀，将其离心并用无水乙醇洗涤多次，去除可溶性杂质；室温下，将沉淀分散在有机溶剂中，依次加入HNO₃和H₂O₂，持续搅拌至得到澄清的溶胶；再加入燃烧剂和表面活性剂，燃烧剂含量按推进剂热化学理论计算；采用磁力搅拌器混合均匀后，去除溶胶中的溶剂得到干凝胶前驱体；将干凝胶前驱体高温热处理后即可得到晶粒细小、分散性好、粒径分布均匀的纯白色氧化锆纳米粒子；

(2)利用硅烷偶联剂对步骤(1)得到的纳米氧化锆粉体进行表面改性

将步骤(1)得到的氧化锆纳米粒子分散在乙醇和去离子水的混合液中，于室温下搅拌均匀；再向该分散液中加入硅烷偶联剂，并对其进行高速搅拌和超声波处理；反应结束后将分散液进行多次离心和洗涤，除去多余的偶联剂；最后在真空干燥箱中干燥获得表面改性的纳米氧化锆粒子；

(3)将步骤(2)得到的改性氧化锆缓慢加入70～120℃预热的环氧树脂中，并在真空条件下搅拌后，进行超声波处理，使氧化锆纳米粒子均匀分散于环氧树脂中，形成均匀的纳米氧化锆/环氧树脂分散体系；

(4)室温下，向步骤(3)得到的纳米氧化锆/环氧树脂分散体系并搅拌均匀，将含固化剂的环氧树脂体系真空脱气后，直接灌入预热好的聚四氟乙烯模具中；最后将模具放在干燥箱中加热固化，并随干燥箱缓慢降温，得到纳米氧化锆/环氧树脂复合材料。

2.根据权利要求1所述的一种纳米氧化锆/环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂或酚醛环氧树脂中的一种或几种任意比例的混合物。

3.根据权利要求1或2所述的纳米氧化锆/环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述的固化剂为三乙烯四胺、异佛尔酮二胺、二氨基二苯甲烷、二氨基二苯砜、邻苯二甲酸酐、脂肪族聚胺中的一种或几种任意比例的混合，其与环氧树脂的质量比为0.25～0.5。

4.根据权利要求1或2所述的纳米氧化锆/环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的硅烷偶联剂包括二甲基乙烯基乙氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷中的一种，硅烷偶联剂的量为氧化锆纳米粒子的1～50wt.％。

5.根据权利要求3所述的纳米氧化锆/环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的硅烷偶联剂包括二甲基乙烯基乙氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷中的一种，硅烷偶联剂的量为氧化锆纳米粒子的1～50wt.％。

6.根据权利要求1、2或5所述的纳米氧化锆/环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的碱性沉淀剂为NH₃·H₂O、NaOH中的一种；所述表面活性剂选用聚乙二醇、聚丙烯酸铵、辛基苯基醚、PE；所述燃烧剂为尿素、柠檬酸、甘氨酸、乙酰丙酮、卡巴胺中的一种。

7.根据权利要求3所述的纳米氧化锆/环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述碱性沉淀剂为NH₃·H₂O、NaOH中的一种；所述表面活性剂选用聚乙二醇、聚丙烯酸铵、辛基苯基醚、PE；所述燃烧剂为尿素、柠檬酸、甘氨酸、乙酰丙酮、卡巴胺中的一种。