[发明专利]反应性三嵌段丙烯酸酯聚合物和纳米二氧化硅协同增韧环氧树脂复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种反应性三嵌段丙烯酸酯聚合物和纳米二氧化硅协同增韧环氧树脂复合材料及其制备方法，步骤为：(1)反应性三嵌段丙烯酸酯聚合物在70～90℃接枝纳米二氧化硅，制备改性三嵌段聚合物。(2)改性三嵌段聚合物与环氧树脂、固化剂混合，再倒入预热模具固化。本发明采用纳米二氧化硅与反应性三嵌段丙烯酸酯聚合物协同增韧环氧树脂，效果明显，平面应变断裂韧度(K_IC)相对纯环氧树脂提高140～150％，拉伸强度提高15～25％，弹性模量提高40～50％。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种反应性三嵌段丙烯酸酯聚合物和纳米二氧化硅协同增韧环氧树脂复合材料及其制备方法，通过此方法制备的环氧树脂同时具有很好的韧性与弹性模量。

背景技术

环氧树脂具有优良的物理机械和电绝缘性能、与各种材料的粘接性能优良、以及其使用工艺的灵活性是其他热固性塑料所不具备的。在涂料领域，其具有耐化学品性优良、对金属漆膜附着力强、具有较好的耐热性、电绝缘性和漆膜保色性较好等众多特点。但是环氧树脂分子中存在大量环氧基团，固化时交联密度大、伸长率低、脆性较大、不耐疲劳、不耐冲击。因此，必须设法降低脆性，增大韧性，以满足环氧树脂在更宽广领域的应用要求。

韩静等用丙烯酸酯液体橡胶增韧环氧树脂，树脂韧性提高的同时较少牺牲环氧树脂的耐热性，但刚性较差(聚丙烯酸酯液体橡胶增韧环氧树脂体系研究[J].热固性树脂，2008，23(3)：10-13)。

中国专利CN104109345公开了一种改性纳米复合结构二氧化硅增韧环氧树脂的制备方法。该方法是纳米复合结构二氧化硅与聚醚三嵌段聚合物或树枝状大分子共同作为增韧剂增韧环氧树脂，但所采用的聚醚三嵌段聚合物是不能与环氧树脂反应的，得到的增韧环氧树脂在使用一定时间后会出现增韧剂析出的情况。

发明内容

为了解决背景技术中存在的技术问题，本发明采用反应性三嵌段丙烯酸酯聚合物和纳米二氧化硅协同增韧环氧树脂，将纳米二氧化硅接枝到反应性三嵌段丙烯酸酯聚合物上，再用改性三嵌段聚合物增韧环氧树脂。增韧环氧树脂过程中，即提高环氧树脂的韧性，也能保持甚至提高刚性等其他性能。

本发明反应性三嵌段丙烯酸酯聚合物和纳米二氧化硅协同增韧环氧树脂复合材料，所述复合材料按质量份数其组成为：环氧树脂100份，反应性三嵌段丙烯酸酯聚合物3～7份，固化剂25～30份，纳米二氧化硅0.3～0.7份。

优选为，环氧树脂100份，反应性三嵌段丙烯酸酯聚合物5份，固化剂25.28份，纳米二氧化硅0.5份。

上述反应性三嵌段丙烯酸酯聚合物的结构如下：

其中，(甲基丙烯酸甲酯)MMA和(甲基丙烯酸缩水甘油酯)GMA无规共聚，x＝12，y＝1；5≤m≤15，300≤n≤350，分子量分布≤1.28。

本发明所选的三嵌段丙烯酸酯聚合物结构有许多优势：三嵌段弹性体对环氧树脂有很好的增韧效果，嵌段聚合物可以在树脂固化过程中自组装成微米级甚至纳米级相态，如球形、蠕虫状及空穴等，这种微小结构不仅大大提高了韧性，而且模量下降较小。尺寸小，从而玻璃化温度分布宽，进行分子设计使其具有较高玻璃化转变温度。

由于纳米二氧化硅与反应性三嵌段丙烯酸酯聚合物的相容性很差，难以附着在其基体上，导致二者协同增韧效果差。本发明方法使用硅烷偶联剂KH-550改性纳米二氧化硅的目的是在纳米二氧化硅上接枝氨基，而反应性三嵌段丙烯酸酯聚合物中有(甲基丙烯酸缩水甘油酯)GMA，GMA带有环氧基团，氨基和环氧基团是可以开环聚合。从而，通过改性，将纳米二氧化硅固定在反应性三嵌段丙烯酸酯聚合物上，使其能够很好的协同增韧环氧树脂。