本发明属于橡胶材料技术领域，具体涉及一种低界面纳米薄层改性的环氧树脂复合材料及其制备方法。
背景技术：
环氧树脂属于热固性树脂,具有优异的粘结性能、力学性能、电绝缘性能,耐热、耐化学药品性能以及收缩率低、成本低廉等优点，但存在内应力大、质脆、耐疲劳性、耐候性差等缺点,在很大程度上限制了其应用范围，尤其是在户外用途方面。
目前，针对环氧树脂的改性主要是针对其的机械性、耐候性、吸水性方面的改性整理，并没有关于其低界面防污染改性方面的研究。中国专利cn106085120a公开的一种抗污染性佳的环氧树脂基散热粉末涂料及其制作方法，将华千金藤烘干、粉碎研磨过200目筛，加入eva乳液搅拌混匀静置，造粒，在氮气保护下于800-1000℃烧结20-30分钟得预混料；将蛭石粉在740-840℃下煅烧2-3小时，出料冷却至60℃-80℃，加入乙烯基三甲氧基硅烷、陶瓷纤维超声分散20-30分钟，加入预混料、氧化镁充分球磨，造粒，得粒径为2-4μm的改性助料，然后将双酚a放入10％的氢氧化钠溶液中加热至60℃搅拌混匀，降温至55℃加入碳纳米管超声分散30分钟，升温至80℃加入环氧氯丙烷、三烯丙基异氰脲酸酯保持温度超声分散，用冷水和80℃热水反复交替洗至中性，50℃低温烘干得改性环氧树脂，最后将改性环氧树脂、壳聚糖及其他剩余成分投入高速混合机中搅拌混匀，经双螺杆挤出机熔融挤出，冷却磨粉，过250-300目筛，出料。中国专利cn104403273a公开的一种无污染清洁型环氧树脂复合材料及其制作方法，将凹凸棒土、纳米碳化硅于540-680℃下煅烧处理，取出冷却，加入环烷酸钴、聚酯硅油研磨，然后加入环氧树脂，再次超声研磨处理，得到反应物a；将马来酰胺酸、巯基丁二酸放入反应釜中混匀，加入二乙二醇乙醚、邻苯二甲酸酐、环烷酸钴搅拌，升温至150-170℃，保温搅拌，得到反应物b，最后将两种反应产物降温至95-110℃后混合，然后加入异氰脲酸三缩水甘油酯、三聚氰酸三烯丙酯搅拌30-40分钟，加入三乙醇胺及其他剩余成分搅，在100-110℃下进行固化，得到无污染清洁型环氧树脂复合材料，该方法制备的环氧树脂在液晶中的溶解性小且可防止液晶污染。由上述现有技术可知，通过对环氧树脂中加入改性剂可提高环氧树脂的内部结合力，继而提高环氧树脂复合材料的防污染能力。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种低界面纳米薄层改性的环氧树脂复合材料及其制备方法，本发明将纳米薄层材料将碱性非离子表面活性剂吸附其中，然后加入环氧树脂中，利用低界面张力的表面活性剂和纳米薄层材料的特殊结构，显著降低环氧树脂的界面张力，且机械韧性下降并不多，满足了环氧树脂的使用要求后，降低了环氧树脂表面污染物等材料的附着力，提高环氧树脂的功能性和使用范围。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种低界面纳米薄层改性的环氧树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将纳米薄层材料分散于去离子水中高速搅拌形成悬浮液，然后加入碱性非离子表面活性剂溶液，连续搅拌至浆状，离心干燥，得到低界面改性的纳米薄层材料；
(2)将聚乙二醇和马来酸酐混合加热搅拌，加入环氧树脂和纳米薄层材料，继续升温搅拌，得到环氧树脂乳化剂；
(3)将环氧树脂中加入步骤(1)制备的低界面改性的纳米薄层材料，搅拌均匀，加入步骤(2)制备的环氧树脂乳化剂，高速搅拌至混合均匀，滴加固化剂继续搅拌，抽真空，得到低界面纳米薄层改性的环氧树脂复合材料。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)或者(2)中，纳米薄层材料为纳米层状黏土或者纳米层状氧化铝。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，碱性非离子表面活性剂溶液中碳酸钠的含量为0.5-1％、非离子表面活性剂sp-1的含量为0.5-0.8％，甲醇的含量为1-2％。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，碱性非离子表面活性剂溶液在45℃下具有10-3mn/m数量级的超低界面张力。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，碱性非离子表面活性剂溶液中非离子表面活性剂与纳米薄层材料的质量比为1:2-5。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，聚乙二醇、马来酸酐、环氧树脂和纳米薄层材料的质量比为30-40:1.5-2.5:6-8:3-5。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，加热搅拌的温度为70-80℃，时间为2-3h，升温搅拌的温度为110-120℃，时间为3-5h。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，环氧树脂、低界面改性的纳米薄层材料和环氧树脂乳化剂的质量比为17-20：5-7：3-4。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，固化剂为聚醚胺胺类固化剂。
本发明还提供所述的一种低界面纳米薄层改性的环氧树脂复合材料，其特征在于：所述低界面纳米薄层改性的环氧树脂复合材料的界面张力为1-50mn/m。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明制备的低界面纳米薄层改性的环氧树脂复合材料的主要功能剂为低界面纳米薄层改性的环氧树脂复合材料，该低界面纳米薄层改性的环氧树脂复合材料是由纳米薄层材料和碱性非离子表面活性剂溶液构成，其中纳米薄层材料是一种介于固态和液态之间的独特性质，可显著降低两种不同材料之间的界面能，然后将纳米薄层材料经碱性非离子表面活性剂溶液处理，利用碱起到协同作用使溶液具有超低界面张力，利用纳米薄层材料的吸附性能，将碱性非离子表面活性剂溶液吸附到纳米薄层材料的表面，再加入到环氧树脂中，使环氧树脂复合材料也具有较低的界面张力。
(2)本发明通过水性环氧树脂乳液包覆低界面纳米薄层改性的环氧树脂复合材料的方法，低界面纳米薄层改性的环氧树脂复合材料均匀地分散于环氧树脂中，避免了团聚的现象，继而使制备的低界面纳米薄层改性的环氧树脂复合材料具有较低界面张力，将低界面纳米薄层改性的环氧树脂复合材料用于材料表面可制备具有低界面张力的涂层，可起到很好的抗污染的能力，而且本发明制备的环氧树脂的力学性能良好，可满足使用的要求。
具体实施方式
下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1：
(1)将纳米层状黏土分散于去离子水中，在5000r/min的转速下高速搅拌形成固含量为10wt％的悬浮液，然后按照碱性非离子表面活性剂溶液中非离子表面活性剂与纳米薄层材料的质量比为1:2，加入碱性非离子表面活性剂溶液，其中碱性非离子表面活性剂溶液中碳酸钠的含量为0.5％、非离子表面活性剂sp-1的含量为0.5％，甲醇的含量为1％，连续搅拌至浆状，离心干燥，得到低界面改性的纳米薄层材料。
(2)按质量份计，将30份的聚乙二醇和1.5份的马来酸酐混合，在70℃下加热搅拌2h，加入6份的环氧树脂和3份的纳米薄层材料，继续升温至110℃搅拌3h，得到环氧树脂乳化剂。
(3)按质量份计，将17份的环氧树脂中加入5份的低界面改性的纳米薄层材料，在1500r/min的转速下搅拌均匀3h，加入3份的环氧树脂乳化剂，在5000r/min的转速下高速搅拌至混合均匀，滴加1.5份的聚醚胺胺类固化剂继续搅拌，抽真空，得到低界面纳米薄层改性的环氧树脂复合材料。
实施例2：
(1)将纳米层状氧化铝分散于去离子水中，在8000r/min的转速下高速搅拌形成固含量为20wt％的悬浮液，然后按照碱性非离子表面活性剂溶液中非离子表面活性剂与纳米薄层材料的质量比为1:5，加入碱性非离子表面活性剂溶液，其中碱性非离子表面活性剂溶液中碳酸钠的含量为1％、非离子表面活性剂sp-1的含量为0.8％，甲醇的含量为2％，连续搅拌至浆状，离心干燥，得到低界面改性的纳米薄层材料。
(2)按质量份计，将40份的聚乙二醇和2.5份的马来酸酐混合，在80℃下加热搅拌3h，加入8份的环氧树脂和5份的纳米薄层材料，继续升温至120℃搅拌5h，得到环氧树脂乳化剂。
(3)按质量份计，将20份的环氧树脂中加入7份的低界面改性的纳米薄层材料，在2500r/min的转速下搅拌均匀4h，加入4份的环氧树脂乳化剂，在8000r/min的转速下高速搅拌至混合均匀，滴加2份的聚醚胺胺类固化剂继续搅拌，抽真空，得到低界面纳米薄层改性的环氧树脂复合材料。
实施例3：
(1)将纳米层状黏土分散于去离子水中，在6000r/min的转速下高速搅拌形成固含量为15wt％的悬浮液，然后按照碱性非离子表面活性剂溶液中非离子表面活性剂与纳米薄层材料的质量比为1:3，加入碱性非离子表面活性剂溶液，其中碱性非离子表面活性剂溶液中碳酸钠的含量为0.7％、非离子表面活性剂sp-1的含量为0.6％，甲醇的含量为1.5％，连续搅拌至浆状，离心干燥，得到低界面改性的纳米薄层材料。
(2)按质量份计，将35份的聚乙二醇和2份的马来酸酐混合，在75℃下加热搅拌2.5h，加入7份的环氧树脂和4份的纳米薄层材料，继续升温至115℃搅拌4h，得到环氧树脂乳化剂。
(3)按质量份计，将18份的环氧树脂中加入6份的低界面改性的纳米薄层材料，在1800r/min的转速下搅拌均匀3.5h，加入3.5份的环氧树脂乳化剂，在7500r/min的转速下高速搅拌至混合均匀，滴加1.8份的聚醚胺胺类固化剂继续搅拌，抽真空，得到低界面纳米薄层改性的环氧树脂复合材料。
实施例4：
(1)将纳米层状氧化铝分散于去离子水中，在6500r/min的转速下高速搅拌形成固含量为13wt％的悬浮液，然后按照碱性非离子表面活性剂溶液中非离子表面活性剂与纳米薄层材料的质量比为1:3.5，加入碱性非离子表面活性剂溶液，其中碱性非离子表面活性剂溶液中碳酸钠的含量为0.8％、非离子表面活性剂sp-1的含量为0.7％，甲醇的含量为1.7％，连续搅拌至浆状，离心干燥，得到低界面改性的纳米薄层材料。
(2)按质量份计，将36份的聚乙二醇和1.8份的马来酸酐混合，在77℃下加热搅拌3h，加入6.5份的环氧树脂和4.2份的纳米薄层材料，继续升温至117℃搅拌4.5h，得到环氧树脂乳化剂。
(3)按质量份计，将19份的环氧树脂中加入5.5份的低界面改性的纳米薄层材料，在2300r/min的转速下搅拌均匀3h，加入3.6份的环氧树脂乳化剂，在5500r/min的转速下高速搅拌至混合均匀，滴加1.7份的聚醚胺胺类固化剂继续搅拌，抽真空，得到低界面纳米薄层改性的环氧树脂复合材料。
实施例5：
(1)将纳米层状氧化铝分散于去离子水中，在5000r/min的转速下高速搅拌形成固含量为20wt％的悬浮液，然后按照碱性非离子表面活性剂溶液中非离子表面活性剂与纳米薄层材料的质量比为1:2，加入碱性非离子表面活性剂溶液，其中碱性非离子表面活性剂溶液中碳酸钠的含量为1％、非离子表面活性剂sp-1的含量为0.5％，甲醇的含量为2％，连续搅拌至浆状，离心干燥，得到低界面改性的纳米薄层材料。
(2)按质量份计，将30份的聚乙二醇和2.5份的马来酸酐混合，在70℃下加热搅拌3h，加入6份的环氧树脂和5份的纳米薄层材料，继续升温至110℃搅拌5h，得到环氧树脂乳化剂。
(3)按质量份计，将17份的环氧树脂中加入7份的低界面改性的纳米薄层材料，在1500r/min的转速下搅拌均匀4h，加入3份的环氧树脂乳化剂，在8000r/min的转速下高速搅拌至混合均匀，滴加1.5份的聚醚胺胺类固化剂继续搅拌，抽真空，得到低界面纳米薄层改性的环氧树脂复合材料。
实施例6：
(1)将纳米层状氧化铝分散于去离子水中，在8000r/min的转速下高速搅拌形成固含量为10wt％的悬浮液，然后按照碱性非离子表面活性剂溶液中非离子表面活性剂与纳米薄层材料的质量比为1:5，加入碱性非离子表面活性剂溶液，其中碱性非离子表面活性剂溶液中碳酸钠的含量为0.5％、非离子表面活性剂sp-1的含量为0.8％，甲醇的含量为1％，连续搅拌至浆状，离心干燥，得到低界面改性的纳米薄层材料。
(2)按质量份计，将40份的聚乙二醇和1.5份的马来酸酐混合，在80℃下加热搅拌2h，加入8份的环氧树脂和3份的纳米薄层材料，继续升温至120℃搅拌3h，得到环氧树脂乳化剂。
(3)按质量份计，将20份的环氧树脂中加入5份的低界面改性的纳米薄层材料，在2500r/min的转速下搅拌均匀3h，加入4份的环氧树脂乳化剂，在5000r/min的转速下高速搅拌至混合均匀，滴加2份的聚醚胺胺类固化剂继续搅拌，抽真空，得到低界面纳米薄层改性的环氧树脂复合材料。
将实施例1-6制备的低界面纳米薄层改性的环氧树脂复合材料涂覆于钢材表面，先从室温下以5-10℃/min的速率升温至80℃，固化2h，然后以20-30℃/min的速率升温至110℃，固化4h，测得涂层表面的界面张力的结果如下所示：
由上表可见，本发明制备的低界面纳米薄层改性的环氧树脂复合材料具有较低的界面张力，并测得其断裂强度为300-350n/cm，力学性能较佳，满足使用的要求。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。