[发明专利]一种纳米微球为交联点的纳米复合环氧树脂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属纳米复合环氧树脂的制备领域，特别是涉及一种纳米微球为交联点的纳米复合环氧树脂的制备方法。

背景技术

高分子凝胶是由高分子与溶剂组成一个高分子三维网络体系，体系具有亲溶剂性，能在溶剂中溶胀但不溶解，同时分散在溶剂中并能保持一定的形状。溶剂虽然不能将三维网状结构的高分子溶解，但高分子化合物中亲溶剂的基团部分却可以被溶剂作用而使高分子溶胀，这也是形成高分子凝胶的原因之一。高分子凝胶的交联键不一定都是化学共价键，也可以通过诸如氢键等次价键，或者链段相互互穿、缠结等方式形成交联结构。环氧树脂是水作溶剂的溶胀交联的亲水性高分子而成的粘弹体，是一种特殊的软湿性材料。

环氧树脂由于其特殊的理化性能，运用在国民生活的方方面面。传统环氧树脂主要为生活用品、工业用品等高吸水性材料上。随着环氧树脂的生物化和智能化导致其应用领域的拓宽，如在医学领域中环氧树脂材料被用作药物载体、药物可控释放、细胞培养基质及止血剂、粘结剂等材料，此外环氧树脂在化学机械、组织工程等领域的应用也得到开发。

然而，传统的化学交联的凝胶由于交联点分布不均匀，造成了受力时的应力集中，使其力学性能差，严重限制了其在各方面的应用。并且由于传统凝胶的单一网络结构，凝胶的多功能性的发展也受到了极大的限制。功能性的凝胶将使凝胶响应更迅速、功能更全，将进一步拓展凝胶在化学机械、医学及组织工程等领域的应用。

近年来，三种新型的高强度环氧树脂被报道:拓扑凝胶、双网络凝胶以及纳米复合凝胶，并且通过原位自由基聚合而合成的纳米复合凝胶由于其合成工艺简单、力学性能提高显著而受到广泛的关注。如专利公开号CN 101161689A, CN 1908035A都涉及了以商品粘土为交联点的高性能环氧树脂的合成。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种纳米微球为交联点的纳米复合环氧树脂的制备方法，该方法工艺简单，聚合率高，得到的纳米复合环氧树脂具有优异的力学性能，此外原料选择范围大，具有很高的应用价值。

本发明的一种纳米微球为交联点的纳米复合环氧树脂的制备方法，包括:

(1)合成作为交联点的阳离子纳米微球。

水、疏水性单体以及阳离子共聚单体加入三口烧瓶，烧瓶装有搅拌装置、回流装置以及N2入口，加热至70℃后加入阳离子引发剂，保温继续反应3-5小时，即得阳离子纳米微球，整个过程在N:气氛中进行;其中水占体系总质量的60%-95%，单体占体系总质量的5%-38%，共聚单体占单体含量的2%-8%，阳离子引发剂占单体含量的0.5%-1%;

(2)以阳离子纳米微球为交联点制备纳米复合环氧树脂。

将步骤(1)阳离子纳米微球乳液(10-20g)，水(0-10g)，水溶性单体(3-20g)，水溶性阴离子引发剂((0.01-0.05g)和催化剂(8-32ul)混合得到微球浓度为3%-35%预聚液，预聚液在室温下(20-30℃)聚合30小时，即可获得纳米复合环氧树脂。

所述步骤(1)疏水性单体包括苯乙烯、丙烯酸甲醋、丙烯酸乙酷、丙烯酸丁醋、甲基丙烯酸甲醋等可用于乳液聚合的疏水性单体。

所述步骤(1)阳离子共聚单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化钱、二甲基二烯丙基氯化钱、丙烯酰氧乙基三甲基氯化钱等不饱和季钱盐。

所述步骤(1)阳离子引发剂为偶氮二异丁基脒盐酸盐。

所述步骤(1)阳离子纳米微球收率>98%，粒径为50-200nm，单分散性良好，乳液固含量在5%-35%之间。

所述步骤(2)水溶性单体为异丙基丙烯酰胺和丙烯酰胺在内的任一种非离子型水溶性单体。

所述步骤(2)阴离子引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵或过硫酸钠。

所述步骤(2)催化剂为N,N,N',N，一四甲基乙二胺、三乙醇胺、代硫酸钠中的一种。

所述步骤(2)纳米复合环氧树脂最大的断裂强度超过1 MPa，最大断裂伸长超过 6500%。

所述步骤(2)以异丙基丙烯酰胺为单体可合成具有温度敏感性的纳米复合环氧树脂。

本发明利用分子间的静电作用，实现微球与分子链间的交联，构筑网络结构，制备了纳米复合环氧树脂，然后以此微球为交联点组装纳米复合环氧树脂。纳米复合环氧树脂的制备其特征在于首先制得无皂阳离子乳液，使阳离子微球在水中均匀分散，粒子粒径在50-200nm间，为单分散微球，然后将水溶性非离子型单体、水溶性阴离子引发剂、或少量水加到微球乳液中，再滴加催化剂在容器中进行反应。