[发明专利]一种增韧型环氧树脂的制备方法

说明书

本发明公开了一种增韧型环氧树脂的制备方法，以核壳结构的二氧化硅/聚丙烯酸缩水甘油酯纳米粒子为添加剂，将其加入环氧树脂，然后加入固化剂，固化后形成增韧型环氧树脂。本发明的制备的增韧型环氧树脂中纳米粒子的添加量占环氧树脂和固化剂总质量的1‰至3‰，环氧树脂的冲击强度提升50％以上，韧性显著增加。本发明具有增韧效率高、实用经济的特点。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种增韧型环氧树脂的制备方法。

背景技术

环氧树脂材料具有优良的粘结性、耐热性、耐化学腐蚀性、机械性能和电气性能，在航天航空及军工行业领域被广泛用作胶黏剂、灌封材料和结构材料。但是，环氧树脂材料的韧性差、冲击强度低，在使用过程中，受冲击作用易发生裂纹、断裂。环氧树脂的增韧改性成为研究热点。从上世纪九十年代开始，含柔性链段的交联剂、热塑性树脂和橡胶弹性体等先后被用于增韧环氧树脂，上述增韧方法的缺点在于在增加环氧树脂韧性的同时，导致环氧树脂的模量也显著降低。在此背景下，无机纳米粒子能够使环氧树脂的韧性增加的同时，保持环氧树脂的模量不下降、甚至增加，因而是一种新型的增韧方法。但是其中的无机纳米粒子用量较大，即一般文献中报道的结果均为纳米粒子含量在5％至15％时，才表现出明显的增韧效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用核壳结构的二氧化硅/聚丙烯酸缩水甘油酯纳米粒子增韧的环氧树脂，纳米粒子的添加量仅为1‰至3‰。本发明具有增韧效率高的特点。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种增韧型环氧树脂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将适量的核壳结构的二氧化硅/聚丙烯酸缩水甘油酯纳米粒子加入无水乙醇中，纳米粒子的质量分数控制在0.1g/g～0.2g/g，通过超声波进行分散，使纳米粒子充分分散于无水乙醇中；

(2)在100g环氧树脂中加入步骤一制得的纳米粒子的无水乙醇分散液，进行充分搅拌，然后进行超声波辅助分散；

(3)步骤二制得的混合物进行抽真空处理，抽真空至混合物中无气泡逸出，以完全除去混合物中的无水乙醇；

(4)步骤三的混合物中加入适量的固化剂，搅拌均匀后，再次进行抽真空处理，以除去搅拌过程中混入的空气；

(5)将步骤四制得的混合物倒入模具，控制合适的温度进行固化，固化完成后得到增韧型环氧树脂。

作为进一步优化，步骤一中的核壳结构的二氧化硅/聚丙烯酸缩水甘油酯纳米粒子是指在粒径300nm～500nm的二氧化硅纳米粒子的外表面通过自由基聚合的方法包覆厚度为50nm～100nm的聚丙烯酸缩水甘油酯壳层，其中的聚丙烯酸缩水甘油酯是交联的三维网络结构。

作为进一步优化，步骤一中的核壳结构的二氧化硅/聚丙烯酸缩水甘油酯纳米粒子的制备方法包括以下步骤：

(a)二氧化硅纳米粒子的制备：在550ml无水乙醇中加入40m1～73.3ml浓氨水，机械搅拌10分钟后，加入55ml正硅酸乙酯，室温下搅拌反应至少12小时；

(b)碳碳双键的修饰：在上述反应体系中一次性加入2ml～5ml甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷，继续搅拌6小时后，离心分离，用无水乙醇和去离子水各清洗2次，得到表面修饰有碳碳双键的二氧化硅纳米粒子；

(c)聚丙烯酸缩水甘油酯的包覆：将上一步制得的二氧化硅纳米粒子分散于500ml去离子水中，加入100mg十二烷基硫酸钠，超声波分散10分钟，通氮气约30分钟，然后加入丙烯酸缩水甘油酯体积的2％～5％的烯丙基丙烯酸酯，0ml至5ml丙烯酸缩水甘油酯，80mg过硫酸钾，升温至70℃引发聚合；反应3小时，冷却后离心分离，水洗两次，得到聚丙烯酸缩水甘油酯表面改性二氧化硅纳米粒子。