专利名称：含联苯结构环氧树脂/蒙脱土纳米复合材料的制作方法
技术领域：
本发明是一种低成本并具有较好的韧性和耐热性能的含联苯结构环氧树脂/蒙脱土纳米复合材料，属于纳米复合材料制备研究领域。
背景技术：
目前，国内外环氧树脂/粘土纳米复合材料研究主要集中于双酚A型环氧树脂与 钠基蒙脱土的插层复合上，获得了较好的力学性能；但双酚A型环氧树脂/蒙脱土纳米复合 材料的刚性较差，并且其玻璃化转变温度较低，耐热性不好，而用于封装材料的环氧树脂需 要有良好的耐热性和吸湿性；改进耐热性可以采取两个途径引入含刚性结构的环氧树脂 与高刚性结构的固化剂；高刚性的耐热基团的引入可以有效提高固化物玻璃化转变温度， 从而使所制备的复合材料具有更好的耐热性，可以应用为高性能电子封装材料以解决微电 子行业的需求。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术中的不足，进一步加强纳米复合材料的刚性、升高 其玻璃化转变温度，提高纳米复合材料的耐冲击强度，获得性能更为优异的纳米复合材料， 并降低其制备成本；本发明采用含联苯结构环氧树脂3，3’，5，5’ -四甲基联苯二酚二缩水 甘油醚(TMBP)与直接有机化改性的钙基蒙脱土进行插层复合研究，并引进一种高刚性结 构的固化剂4，4’-二氨基二苯醚二苯酮(DEDK)，在成功提高复合材料的耐热性能，并获得 较好的韧性的同时，降低了复合材料的制备成本；成功制备出高刚性(缺口冲击强度达到 2. 53KJ/m2)、高耐热性(Tg = 469K)剥离型(层间距> 8. 8nm)的含联苯结构环氧树脂/蒙 脱土纳米复合材料。TMBP和DEDK的结构如下
TMBPDEDK本发明解决技术问题所采用的方案是增大交联密度和引入刚性基团是提高耐热 性的最重要手段，由于在TMBP的主链中含有联苯结构，而联苯基团是一种高刚性的耐热基 团，它的引入可以提高固化物玻璃化转变温度，从而使所制备的复合材料具有更好的耐热 性；而且联苯基团近乎平面的结构增加了链的规整性和分子链间的相互作用，即在化学交 联点之间引入物理交联点，从而使TMBP在具有高的玻璃化转变温度的同时，又能够具有较 好的韧性。此外，含有刚性基团(联苯)的环氧树脂TMBP具有低熔融粘度，在通用溶剂中 有良好的溶解性，这对于环氧树脂的进一步加工成型和应用是十分有利的；同时，高刚性结 构的固化剂4，4’_ 二氨基二苯醚二苯酮(DEDK)的使用，也有助于固化物耐热性的提高，另 夕卜，本发明采用钙基蒙脱土直接有机化处理来制备有机土，使蒙脱土处理成本显著降低，从而获得了低成本的纳米复合材料，有效改善了纳米复合材料的拉伸性能和弯曲性能，较大程度提高其冲击强度，并且玻璃化转变温度较高，获得综合性能优异的树脂基复合材料。本发明含联苯结构环氧树脂/蒙脱土纳米复合材料的制备方法是将经300目筛分的钙基蒙脱土采用十六烷基三甲基溴化铵通过离子交换进行有 机化改性(按每IOOg 土中加入30 50g有机胺的比例)，将分离物在常温下真空干燥烘 干至恒重后，研磨为粉末，过300目筛，得到具有理想层间距的有机土 ；将适量的有机土(有 机土含量占体系的1 )加入适量丙酮，超声分散后加入环氧树脂TMBP，在200°C下 搅拌混合2h，使有机蒙脱土能够均勻分散到环氧树脂基体中；在环氧树脂与有机土的混合 物中，加入一定量的固化剂(固化剂与环氧树脂是等当量配比)，在一定的温度下熔融混合 后，注入涂有脱模剂的玻璃模具中，然后放入固化炉中，根据DSC法所确定的固化条件，在 指定的温度下逐级升温固化，固化结束后停止加热，自然冷却至室温，脱模，即得剥离型含 联苯结构环氧树脂/蒙脱土纳米复合材料；本发明的有益效果是，本发明开发出了具有我们独创性的环氧树脂/蒙脱土纳米 复合材料，制备出了一种低成本并具有较好耐热性能(Tg = 469K)的剥离型(层间距> 8. 8nm)的含联苯结构环氧树脂/蒙脱土纳米复合材料，克服了双酚A型环氧树脂/蒙脱土 纳米复合材料耐热性差的问题，既可以应用为高性能电子封装材料以解决微电子行业的需 求，也可以应用为耐高温粘合剂或者新型涂料，使其获得更为广泛的应用，尤其是钙基蒙脱 土直接有机化处理降低了纳米复合材料的制备成本，提升了纳米复合材料的性价比，为其 推广应用奠定了坚实的基础。
下面结合附图对本发明进一步说明。图1是纳米复合材料设计合成的技术路线
具体实施例方式(1)制备有机蒙脱土。在IOOOmL三口瓶中加入250mL蒸馏水、250mL95%乙醇、0.02mol十六烷基三甲基 溴化铵，搅拌升温至80°C时，加入IOg经300目筛分的蒙脱土(按每IOOg土中加入30 50g 有机胺的比例)，保持80°C搅拌回流一定时间后，将所得到的混浊液减压抽滤，再用1 1 乙醇_蒸馏水洗涤，反复数次直至分离液中不含Br_(加入0. ImoVLAgNO3不产生淡黄色沉 淀)，最后，将分离物在常温下真空干燥烘干至恒重后，研磨为粉末，过300目筛，成功制备 出具有理想层间距的有机土。(2)含联苯结构环氧树脂/蒙脱土纳米复合材料的制备将适量的有机土(有机土含量占体系的lwt%、3wt%、5wt%、7wt% )加入适量丙 酮，超声分散后加入环氧树脂TMBP，在200°C下搅拌混合2h，使有机蒙脱土能够均勻分散到 环氧树脂基体中；在环氧树脂与有机土的混合物中，加入一定量的固化剂(固化剂与环氧 树脂是等当量配比)，在一定的温度下熔融混合后，注入涂有脱模剂的玻璃模具中；然后放 入固化炉中，根据DSC法所确定的固化条件，在指定的温度下逐级升温固化，固化结束后停 止加热，自然冷却至室温，脱模，即得剥离型含联苯结构环氧树脂/蒙脱土纳米复合材料。
权利要求
一种含联苯结构环氧树脂/蒙脱土纳米复合材料，其特征在于复合材料中蒙脱土分散相尺度为10-100nm，其组分比例如下(重量份)含联苯结构环氧树脂∶有机蒙脱土∶固化剂＝100∶1～7∶80。
2.根据权利要求1所述的含联苯结构环氧树脂/蒙脱土纳米复合材料，其特征在于 所采用的环氧树脂基体是一种含联苯结构环氧树脂3，3’，5，5’ -四甲基联苯二酚二缩水 甘油醚(TMBP)；所采用的固化剂是一种一种含高刚性结构的固化剂4，4’ - 二氨基二苯醚 二苯酮(DEDK)；所采用的有机土是采用钙基蒙脱土直接有机化处理来制备的有机土。
3.根据权利要求1所述的含联苯结构环氧树脂/蒙脱土纳米复合材料的制备方法， 其特征在于有机土的制备把蒸馏水、乙醇和十六烷基三甲基溴化铵按照一定配比搅拌 升温后加入蒙脱土，保持恒温搅拌回流一定时间后，将所得到的混浊液减压抽滤，再用乙 醇_蒸馏水洗涤，反复数次直至分离液中不含Br—后，将分离物在常温下真空干燥烘干至恒 重后，研磨为粉末，过300目筛得到有机蒙脱土。
4.根据权利要求1所述的含联苯结构环氧树脂/蒙脱土纳米复合材料的制备方法，其 特征在于环氧树脂/有机土复合材料的制备将不同含量的有机蒙脱土与环氧树脂E-51， 制成不同混合温度、时间的混合物，混合温度范围从150°C至200°C，混合时间从0. 5h到 2. 5h，这种混合法所得到的混合物仍保持液体状态；取一定比例的环氧树脂与有机土的混 合物，加入一定量的固化剂(固化剂与环氧树脂是等当量配比)，在一定的温度下熔融混 合，注入涂有脱模剂的玻璃模具中；然后放入固化炉中，在指定的温度下固化，固化结束后 自然冷却至室温，脱模，即得固化物样品。
全文摘要
本发明是含联苯结构环氧树脂/蒙脱土纳米复合材料，属于纳米复合材料制备研究领域。采用十六烷基三甲基溴化铵与钙基蒙脱土搅拌回流、减压抽滤后得到有机蒙脱土(层间距＝2.21nm)；将有机蒙脱土以一定比例加入到含联苯结构环氧树脂3，3′，5，5′-四甲基联苯二酚二缩水甘油醚中，引入超声技术、改进固化工艺，使有机蒙脱土的纳米片层有效剥离并均匀分散到环氧树脂基体中，并引进高刚性结构的固化剂4，4′-二氨基二苯醚二苯酮，制备出一种低成本并具有较好耐热性能(Tg＝469K)的剥离型(层间距＞8.8nm)的含联苯结构环氧树脂/蒙脱土纳米复合材料，克服了双酚A型环氧树脂/蒙脱土纳米复合材料耐热性差的问题，可以应用为高性能电子封装材料以解决微电子行业的需求。
文档编号C08G59/50GK101885901SQ20101022492
公开日2010年11月17日 申请日期2010年7月13日 优先权日2010年7月13日
发明者关宝生, 崔继文, 武冬梅 申请人:佳木斯大学