一种环氧树脂及其制备方法与流程

1.本发明属于材料技术领域，尤其涉及一种改性钛酸盐晶须、由其增强的环氧树脂及其制备方法。


背景技术：

2.环氧树脂是一类应用广泛的热固性聚合物，具有优异的力学性能、耐腐蚀性、尺寸稳定性好等优点，被广泛应用在航空航天、电子电气、粘合剂、国防工业等领域，但是由于体系内部比较高的交联度，导致环氧树脂的脆性较大，抗冲击性能差。如何在抗冲击强度和其他力学性能之间维持一个平衡，一直是材料领域的研究课题。
3.晶须，是一种具有较高的长径比的单晶物质，具有很高的强度和模量，另外晶须的加入不会影响到聚合物的加工性能。因此，近年来，晶须被广泛用于聚合物体系来实现对聚合物的增强、增韧。现有技术中，也有利用晶须改性环氧树脂的方法，但是，由于晶须与环氧树脂的相容性不是非常理想，因此，如何进一步提高晶须改性环氧树脂的性能还有待于研究。
4.聚多巴胺是由多巴胺在碱性条件下通过自身的氧化聚合反应生成的一种高分子物质，该分子具有丰富的活性官能团以及优异的粘附性。另外，聚多巴胺的合成较为简便，环保，整个反应过程以水作为介质，被广泛用在涂层材料中。
5.本发明将聚多巴胺引入到晶须的表面，以实现对晶须改性环氧树脂性能的改进。


技术实现要素：

6.本发明的目的是针对于现有技术中晶须改性环氧树脂存在的问题，提供了一种环氧树脂及其制备方法。本发明利用多巴胺的特性，将聚多巴胺引入到晶须的表面用来实现对钛酸盐晶须的表面改性，使得晶须表面带有比较丰富的活性官能团，并用聚多巴胺改性晶须通过机械搅拌和超声的方法分散在环氧树脂中制备环氧树脂/晶须复合材料，发现加入改性的晶须之后材料的拉伸强度和弯曲强度有了较大幅度的提高，同时又不影响材料的抗冲击强度。
7.本发明的技术方案之一为，一种环氧树脂，由环氧树脂原料、稀释剂、固化剂和聚多巴胺改性晶须组成。
8.进一步的，上述的环氧树脂，各原料的质量份数配比为：
[0009][0010]
进一步的，上述的环氧树脂，所述聚多巴胺改性晶须由钛酸钠晶须和附着在晶须表面的聚多巴胺组成；钛酸钠晶须与聚多巴胺的质量比为2
‑
3∶1。
[0011]
进一步的，上述的环氧树脂，所述的环氧树脂原料为环氧树脂e
‑
51，所述的稀释剂为乙二醇二缩水甘油醚，固化剂为对羟基苯磺酸。
[0012]
进一步的，上述的环氧树脂，环氧树脂的性能为：拉伸强度39～60mpa，弯曲强度70～110mpa，无缺口冲击强度10～14kj/m2。
[0013]
进一步的，上述的环氧树脂，钛酸钠晶须的规格为：钛酸盐晶须长径比为30
‑
100。
[0014]
进一步的，上述的环氧树脂，所述聚多巴胺改性晶须的制备方法，包括如下步骤：
[0015]
1)将三羟甲基氨基甲烷或3
‑
吗啉丙磺酸加入到去离子水中，然后将溶液的ph调节到8.5～9；
[0016]
2)将钛酸钠晶须与溶液混合，超声处理，使晶须分散；
[0017]
3)按质量比将多巴胺与溶液混合，置于室温搅拌20～24h；
[0018]
4)将溶液过滤，所得的棕褐色固体即为聚多巴胺改性钛酸钠晶须。
[0019]
进一步的，改性钛酸钠晶须的制备方法，三羟甲基氨基甲烷或3
‑
吗啉丙磺酸与去离子水的投料比为：0.125～0.25g/100ml，三羟甲基氨基甲烷或3
‑
吗啉丙磺酸与钛酸钠晶须的投料质量比为0.33～0.5∶1。
[0020]
本发明的技术方案之二为，上述环氧树脂的制备方法，包括如下步骤：
[0021]
1)将环氧树脂e
‑
51和稀释剂按比例混合，搅拌3～4h，得到混合物，然后于超声波处理以消除搅拌过程中产生的气泡；
[0022]
2)将混合物在真空条件下进一步抽除气泡；
[0023]
3)将混合物与固化剂混合均匀，得到混合材料，再在真空条件下抽除气泡；
[0024]
4)将混合材料倒入模具中，在30～35℃下预固化3～4小时，之后脱模，再于30～35℃下保温5～7天。
[0025]
与现有技术相比，本发明的优势在于：
[0026]
本发明通过在长径比为30
‑
100的针状钛酸盐晶须表面附着上层状的聚多巴胺，实现对钛酸盐晶须的表面改性；用改性后的钛酸盐晶须对环氧树脂进行改性，使得环氧树脂复合材料的拉伸强度提高了70～75％，弯曲强度提高了62～68％，冲击强度几乎不受影响。
附图说明
[0027]
图1、本发明环氧树脂复合材料断面扫描电镜照片。
[0028]
其中，(a)对比例2，(b)实施例1。
具体实施方式
[0029]
以下实施例和对比例中的改性钛酸盐晶须由钛酸钠晶须和附着在晶须表面的聚多巴胺组成；钛酸钠晶须与聚多巴胺的质量比为2.5∶1，钛酸盐晶须长径比为30
‑
100；上述改性钛酸钠晶须的制备方法，包括如下步骤：1)将0.5g的三羟甲基氨基甲烷加入到400ml去离子水中，然后用5wt％的hcl溶液将溶液的ph调节到8.5；2)将2g的钛酸钠晶须与溶液混合，超声处理10min，使晶须分散；3)将0.8g多巴胺与溶液混合，置于室温搅拌24h；4)将溶液抽滤，用乙醇和去离子水分别洗涤，直至滤液清澈，将所得的棕褐色固体在60℃下干燥12h即为聚多巴胺改性钛酸钠晶须。
[0030]
以下实施例的制备方法为：将环氧树脂e
‑
51、上述改性钛酸盐晶须和稀释剂乙二
醇二缩水甘油醚在100ml的烧瓶中以800r/m的速度机械搅拌4h，再将烧瓶置于超声波下处理15分钟，消除搅拌过程中产生的气泡；然后，将混合物倒入纸杯中，再将纸杯放入真空烘箱中，进一步抽除气泡15分钟；从烘箱中取出杯子，加入固化剂对羟基苯磺酸，搅拌5min；再次将杯子放入真空烘箱中，以消除搅拌过程中产生的气泡；将混合物倒入聚四氟乙烯模具中，在30℃烘箱中预固化4小时，之后样品脱模，再放于30℃烘箱中保温7天。
[0031]
对比例1
[0032]
环氧树脂复合材料的各组分如下：
[0033]
环氧树脂e
‑
51
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
100g
[0034]
稀释剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
10g
[0035]
固化剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
20g；
[0036]
性能如下：
[0037]
拉伸强度(mpa)弯曲强度(mpa)无缺口冲击强度(kj/m2)31.9
±
0.760.6
±
1.58.9
±
0.8
[0038]
本对比例的制备方法同实施例的制备方法，区别在于不添加改性钛酸盐晶须。
[0039]
比较例2
[0040]
添加晶须的环氧树脂复合材料的各组分如下：
[0041][0042]
性能如下：
[0043]
拉伸强度(mpa)弯曲强度(mpa)无缺口冲击强度(kj/m2)38.3
±
1.068.1
±
2.210.5
±
0.5
[0044]
本对比例的制备方法同实施例的制备方法，区别在于添加未改性钛酸盐晶须。
[0045]
实施例1
[0046]
添加改性晶须的环氧树脂复合材料各组分如下：
[0047][0048]
性能如下：
[0049]
拉伸强度(mpa)弯曲强度(mpa)无缺口冲击强度(kj/m2)54.8
±
0.3100.4
±
0.711.4
±
0.8
[0050]
实施例2
[0051]
添加改性晶须的环氧树脂复合材料各组分如下：
[0052][0053]
性能如下：
[0054]
拉伸强度(mpa)弯曲强度(mpa)无缺口冲击强度(kj/m2)54.6
±
0.399.4
±
0.611.9
±
0.7
[0055]
实施例3
[0056]
添加改性晶须的环氧树脂复合材料各组分如下：
[0057][0058]
性能如下：
[0059]
拉伸强度(mpa)弯曲强度(mpa)无缺口冲击强度(kj/m2)55.8
±
0.6101.8
±
0.812.3
±
0.6
[0060]
实施例4
[0061]
添加改性晶须的环氧树脂复合材料各组分含量如下：
[0062][0063]
性能如下：
[0064]
拉伸强度(mpa)弯曲强度(mpa)无缺口冲击强度(kj/m2)54.2
±
0.898.2
±
0.711.7
±
0.7
[0065]
从比较例1和比较例2可以发现，比较例2中的晶须加入导致拉伸强度、弯曲强度比纯环氧树脂提高了20.1％和12.4％，而抗冲击强度有了一定的提高。而实施例1～4中，材料的拉伸强度和弯曲强度明显提高，其中实施例与比较例1相比较拉伸强度和弯曲强度分别提高了70～75％和62～68％，冲击强度也高于比较例1。通过聚多巴胺改性钛酸盐晶须，对环氧树脂进行改性，使其能满足更广泛的应用需求。添加改性晶须和未改性晶须的环氧树脂复合材料的断面扫描电镜照片见图1，材料更均匀，相容性更好。
[0066]
实施例5
[0067]
添加晶须的环氧树脂复合材料各组分含量如下：
[0068][0069]
拉伸强度(mpa)弯曲强度(mpa)无缺口冲击强度(kj/m2)39.6
±
0.672.4
±
1.510.8
±
0.5
[0070]
实施例6
[0071]
添加晶须的环氧树脂复合材料各组分含量如下：
[0072][0073]
实施例7
[0074]
添加晶须的环氧树脂复合材料各组分含量如下：
[0075]