[发明专利]一种无机纳米粒子分散方法及其应用

说明书

本发明公开了一种无机纳米粒子分散方法及其应用，该无机纳米粒子分散方法是以A_xB_y型活性单体为分散介质，将无机纳米粒子加入A_xB_y型活性单体中机械搅拌分散；其中，A_xB_y型活性单体由多元胺和丙烯酸酯聚合而成，其组成为AB、AB₂、A₂B₃、AB₃单体中的一种或两种。分散后的无机纳米粒子可用作环氧树脂的增强增韧剂。本发明通过单体与纳米SiO₂粒子之间的相互作用可以实现纳米粒子的充分分散；将分散后的无机纳米粒子加入环氧树脂中，由于预先实现了纳米SiO₂粒子的充分分散，加入环氧树脂后不会团聚，使得纳米粒子独有的纳米效应得以充分发挥，且环氧树脂固化速度加快，强度、韧性以及玻璃化转变温度同时得到显著提高。

技术领域

本发明涉及一种无机纳米粒子分散方法及将该方法分散的无机纳米粒子用作环氧树脂增强增韧剂的应用，属于环氧树脂改性领域。

背景技术

环氧树脂优点众多，如优异的工艺性能、力学性能和热稳定性等，但由于其固化体系交联密度高，固化过程中产生的内应力不易消除，导致固化体脆性大，韧性不足，限制了环氧树脂在众多领域特别是先进结构材料领域中的应用。因此，环氧树脂增韧改性吸引了众多研究者的关注。环氧树脂增韧方法很多，但大多数途径在实现增韧的同时往往使得其他性能特别是强度下降。纳米粒子与树脂基体之间两相界面多，结合力强，对树脂力学性能影响明显，有可能达到对环氧树脂同时增韧增强的目的。因此，在树脂基体中引入纳米粒子以增韧增强环氧树脂受到广泛关注。

纳米粒子由于尺寸小(1-100nm)、比表面积大、活性高，极易与环氧树脂单体中的官能团发生化学或物理作用，提高环氧树脂基体与纳米粒子之间的界面粘结力，实现环氧树脂固化体系的增韧增强。另外，无机纳米粒子的加入，对固化体系的玻璃化温度(Tg)、固化工艺以及化学性质等影响不大^[78]，有利于现有树脂体系的继续应用。最重要的是，加入无机纳米粒子改性环氧树脂体系，属于纯粹以物理改性手段达到环氧树脂固化体系增韧增强的目的，不涉及体系的化学计量，可以在一定范围内很方便地控制使用量。

目前得到较多认可的无机纳米粒子增韧环氧树脂固化体系的机理普遍认为：一方面，无机纳米粒子增大环氧树脂固化体系裂纹产生以及扩展阻力，钝化裂纹扩展效应最终终止裂纹扩展。另一方面，无机纳米粒子的加入，使得树脂基体部分区域应力集中改变，引发微裂纹，引起固化体系发生空化、剪切带等屈服形变，吸收冲击能量，达到增韧环氧树脂固化体系的目的。再者，环氧树脂固化体系受到冲击时，无机纳米粒子会从环氧树脂固化体系中剥离，消耗一部分冲击能量，从而提高环氧树脂固化体系的韧性。

但是，由于无机纳米粒子比表面积大、表面能高，容易发生团聚，在环氧树脂/固化剂复合体系中不容易分散均匀，造成固化体系网络结构中部分区域出现缺陷，成为应力集中点。在冲击载荷的作用下，局部缺陷容易发展成裂纹，最终降低环氧树脂固化体系的性能，特别是韧性。因此，无机纳米粒子在环氧树脂基体中的均匀分散一直是纳米粒子增韧/增强环氧树脂的关键问题之一。

发明内容

发明目的：针对现有技术中无机纳米粒子在环氧树脂基体中分散性差的问题，本发明提供一种无机纳米粒子分散方法，并提供了一种将该方法分散的无机纳米粒子用作环氧树脂增强增韧剂的应用。