[发明专利]一种八丁香酚环氧基液体笼型倍半硅氧烷及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种八丁香酚环氧基液体笼型倍半硅氧烷及其制备方法和应用。八丁香酚环氧基液体笼型倍半硅氧烷的结构式如下式(I)所示；本发明产品为生物基笼型倍半硅氧烷，室温下呈液态，具有优异的热稳定性和耐水性，可单独用于制备生物基环氧树脂；还与炭基材料有较好的相容性，作为改性剂用于环氧树脂体系能够实现纳米尺度高度均匀分散，有效提高树脂在疏水、耐热和抗冲等方面的性能，在高性能杂化或复合材料的制备和应用领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及倍半硅氧烷的技术领域，具体涉及一种八丁香酚环氧基液体笼型倍半硅氧烷及其制备方法和在制备生物基环氧树脂纳米杂化材料中的应用。

背景技术

环氧树脂作为三大热固性树脂之一，具有优良的粘接、机械和电气性能，广泛应用于胶粘剂、结构复合材料、电子半导体封装等领域。但同时也存在着固化后交联密度高、质脆、耐温等级不够高和耐冲击性差等缺点。目前，环氧树脂的改性研究主要集中在性能提升和环保化替代等方面，采用的途径可以归纳为以下两大类：(1)采用功能化改性剂/填料改性树脂本体以提高树脂在加工、力学、耐候、耐腐蚀及阻燃等方面的性能，扩大其应用范围和领域；(2)使用生物基原料代替传统石油基原料(如双酚A等)制备高性能环保型环氧树脂。就填料改性而言，粒子在环氧树脂基体中的分散难题亟待克服；另外，现有的生物基环氧多以以线性或支化的脂肪族及芳香族小分子为主，其自身在热稳定性、阻燃性等很多方面缺乏优势，改性环氧树脂的效果往往比较单一。

笼型倍半硅氧烷(Polyhedral Oligomeric Silsesquioxanes，POSS)作为一种独特的纳米级有机-无机杂化材料，具有突出的耐热、耐氧化、疏水、低介电和力学性能。得益于分子结构的可设计性，POSS可用于需要精确控制纳米结构和性能的杂化或复合材料，实现从分子水平上改性聚合物，在先进功能纳米材料的制备领域极具潜力。将POSS和环氧树脂结合，既可以改善树脂的脆性，又可提高树脂在耐水、耐热和耐候等方面的性能。然而，POSS等聚硅氧烷材料与环氧树脂基体的相容性差，导致最终复合材料的性能不够理想。

如申请公布号为CN 111116869 A的中国专利文献中报道了一种烯丙基缩水甘油醚接枝型POSS改性的环氧树脂及其制备方法，改善了POSS与环氧基体的相容性，提高了树脂的性能。但该POSS的侧链为脂肪族长链，热稳定性一般，且与环氧基体相容性仍有待进一步提高，并且改性后的树脂高温残炭较低，难以满足耐高温应用环境的需求。

发明内容

本发明针对上述问题，提供了一种八丁香酚环氧基液体笼型倍半硅氧烷，该生物基POSS室温下为液态，具有优异的热稳定性，与炭基材料相容性较佳，可以直接作为基材制备生物基环氧树脂，也可作为生物基改性剂复合到其它环氧树脂体系，可与其它环氧树脂基体实现分子尺度高度均匀分散，有效提高树脂在耐水、耐热和抗冲击等多方面的性能。

具体技术方案如下：

一种八丁香酚环氧基液体笼型倍半硅氧烷，结构式如下式(I)所示：

所述八丁香酚环氧基液体笼型倍半硅氧烷的玻璃化转变温度为-11.9℃，氮气氛围下的起始热分解温度(T_-5％)为454℃，800℃残碳量为47.0％。其耐热性能明显优于笼型八(缩水甘油醚氧基丙基二甲基硅氧基)倍半硅氧烷(记为8AGE-POSS)的。

本发明公开的八丁香酚环氧基液体笼型倍半硅氧烷，结构新颖，该体型结构生物基单体室温下呈液态；热稳定性尤其优异，初始热分解温度高达454℃、残碳量高，可单独作为基材制备生物基环氧树脂，该树脂将具有耐高温、耐水、高抗冲的优异性能；且与炭基材料的相容性佳，可通过共固化的方式引入环氧树脂交联网络，经表征，其在其它树脂基体中高度均匀分散，从而充分发挥其耐高温、耐水、且抗冲击的性能。

本发明还公开了所述八丁香酚环氧基液体笼型倍半硅氧烷的制备方法，包括以下步骤：