一種新型含poss的納米雜化增強劑的合成的製作方法

2023-07-31 14:30:16 1

專利名稱：一種新型含poss的納米雜化增強劑的合成的製作方法
技術領域：
一種新型含POSS的納米雜化增強劑的合成，涉及了一種無機納米粒子與有機物雜化體系的製備，屬於新材料技術領域。前言有機-無機納米複合材料是指分散相尺寸至少有一維小於IOOnm量級的複合材料。這種材料是有機相和無機相在納米範圍內複合而成。由於兩相之間界面面積非常大，且存在界面間的化學結合，因此具有理想的粘接性能。近年來，有機高分子與無機材料的複合研究引起了人們的極大興趣，通過有機和無機組分間的協同作用，可使材料表現出具有有機高分子材料和無機功能材料的綜合性能。無機組分在納米尺度上的均勻分布，可進一步優化材料組分間的相互作用，使材料的性能得以更有效地提高。無機/有機雜化材料、特別是高分子/無機納米複合材料的研究，已經成為高分子材料學研究中最活躍的領域之一。籠型八聚矽倍半氧烷(簡稱P0SS)是一類由Si-O的聯接物為內部骨架、外部連接有機基團的納米級三維體系，直徑為1 3nm。近年來由於籠型倍半矽氧烷的結構特點，使其在製備新的有機-無機納米複合材料，並將其應用到航天航空、塑料改性、醫學上得到廣泛應用。環氧樹脂具有廣泛的用途，但是存在韌性差的缺點。近年來有很多關於環氧樹脂增韌的研究。用含POSS結構的無機/有機雜化物對環氧樹脂的增韌改性，效果顯著，是很有發展前途的一個方向。

發明內容
本發明提供一種含POSS的有機/無機雜化物的合成方法。用籠型八聚-氨丙基矽倍半氧烷和3- (N, N- 二乙氨基)環氧丙烷為原料，通過氨基與環氧基團的開環反應，合成了一種新型含POSS的無機/有機納米雜化、具有星型結構的化合物。將該雜化物添加到環氧樹脂E-51中進行改性，所得環氧樹脂固化物抗衝擊強度、抗拉伸強度和斷裂伸長率得到增強。雜化物的合成方法步驟簡單、反應條件溫和，非常易於工業化。本發明的技術方案先以Y-氨丙基三乙氧基矽烷為起始原料合成籠型八聚-氨丙基矽倍半氧烷，再以環氧氯丙烷和二乙胺反應合成3_(N，N-二乙氨基)環氧丙烷。再稱取合成的籠型八聚-氨丙基矽倍半氧烷4. 4g溶於SOmL甲醇，然後在攪拌條件下緩慢滴加到裝有12. 9g的3- (N, N- 二乙氨基)環氧丙烷的三口燒瓶中，升溫至70°C，使反應體系處於回流狀態，反應4小時後，停止反應，真空去溶劑，烘乾，得到黃色粘稠液體，即為目標產物 含POSS的有機/無機雜化物。合成路線如圖1所示。本發明的有益效果1.原料籠型八聚-氨丙基矽倍半氧烷是一種納米尺寸的微粒，中心是一種籠型結構，八個頂角連接有氨丙基，可以進一步功能化。通過氨基與另一小分子[3-(N，N-二乙氨基)環氧丙烷]中的環氧基團的開環加成反應，使頂角的有機鏈段加長，以利於增加與環氧樹脂的相容性。同時經過反應後，有機鏈段上增加羥基和叔氨基，在環氧樹脂的改性使用中起到潛伏固化的作用，其叔胺基團可與環氧樹脂中的環氧基團反應，增加錨點，起到增強環氧樹脂的作用。2.該無機有機雜化物與環氧樹脂部分有較好的相容性，分散均勻，有利於性能穩定。無機部分是籠型八聚-氨丙基矽倍半氧烷，由於其特殊的籠型結構和納米尺寸效應，使其對於環氧樹脂有很好的增韌作用。使得改性後環氧樹脂的抗衝擊強度、抗拉伸強度和斷裂伸長率得到增強。3.該雜化物合成步驟簡單、條件溫和、易於控制，原料價格便宜、便於產業化。


圖1含POSS的納米雜化物的合成路線示意2含POSS雜化物的紅外光譜圖
具體實施例方式實施例1 :3-(N，N- 二乙氨基)環氧丙烷的合成在1升三頸燒瓶中加入185. 3g環氧氯丙烷，再緩緩加入二乙胺144g和6g水。保持水浴溫度28 30°C，機械攪拌6小時。使溫度降到22°C，將93g氫氧化鈉溶於152ml水中配成溶液，在22 25°C下加入到反應瓶中，再繼續攪拌40分鐘。加入100毫升水，用分液漏鬥分出黃色液狀物(產物)。用200毫升乙醚分三次萃取水層，合併到產物中。用固體氫氧化鉀15克乾燥水分數小時。分出液體層，先常壓蒸出乙醚，再減壓蒸出產物。實施例2 含POSS的納米雜化增強劑的合成稱取籠型八聚-氨丙基矽倍半氧烷(POSS-NH2)4. 4g溶於SOmL甲醇，然後在攪拌條件下緩慢滴加到裝有12. 9g的3-(N，N- 二乙氨基)環氧丙烷的三口燒瓶中，升溫至70°C，使反應體系處於回流狀態，反應4小時後，停止反應，真空去溶劑，烘乾，得到黃色粘稠液體。紅外光譜結果見圖2，FIlR :3367. 6cm—1處(仲氨基NH，羥基0H)； 2813. 1011入2932· OcnT1 (-CH2 伸縮)；1453. cnT1 (H-C-H變形振動)；1107CHT1 (Si-0-Si 骨架)； UgicnTHSi-C，對稱伸縮)；實施例3 納米雜化增強物對環氧樹脂的增強作用將含POSS的納米雜化增強劑和環氧樹脂E-51以及三乙烯四胺按一定的比例混合，充分攪拌，置於真空乾燥器中抽氣15分鐘趕出氣泡，然後將其澆注入事先預熱至50°C 的模具中，置於50°C烘箱中預熱改善樹脂流動性，待模腔完全充滿，且樣條中無氣泡時升溫至70°C，固化5小時後脫模。對樣條進行修整，然後測試拉伸強度、衝擊強度、和斷裂伸長率。測試結果見表1。表1納米雜化增強劑對固化後環氧樹脂的改性作用
權利要求
1.一種新型含POSS的納米雜化增強物，其特徵是通過如附圖1所示的路線合成的星型化合物。化學結構為籠型八聚-氨丙基矽倍半氧烷(POSS-NH2)與3-(N，N-二乙氨基) 環氧丙烷的加成反應產物。該產物是一種納米尺寸的無機/有機雜化物。
2.權利要求1所述的無機/有機雜化物的製備方法。其特徵是以籠型八聚-氨丙基矽倍半氧烷和3-(N，N-二乙氨基)環氧丙烷為原料，按下述方法合成得到籠型八聚-氨丙基矽倍半氧烷4. 4g溶於SOmL甲醇，然後在攪拌條件下緩慢滴加到裝有12. 9g的3-(N，N- 二乙氨基)環氧丙烷的三口燒瓶中，升溫至70°C，使反應體系處於回流狀態，反應4小時後，停止反應，真空去溶劑，烘乾，得到黃色粘稠液體。
3.權利要求1所述的納米雜化增強物以20%比例添加到對環氧樹脂E-51中，測得固化後環氧樹脂的抗衝擊強度，從改性前的15. 9KJ/m2提高到改性後的59. 5KJ/m2 ；抗拉伸強度從改性前的50Mpa提高到83Mpa ；斷裂伸長率從改性前的6. 5%提高到40. 2%。
全文摘要
一種新型含籠型低聚矽倍半氧烷(POSS)的納米雜化增強劑的合成，屬於增韌劑技術領域。本發明將籠型八聚-氨丙基矽倍半氧烷(POSS-NH2)與3-(N，N-二乙氨基)環氧丙烷反應，合成了一種新型含POSS的無機/有機納米雜化、具有星型結構的化合物。將該雜化物添加到環氧樹脂E-51中使其改性，所得環氧樹脂固化物抗衝擊強度、抗拉伸強度得到增強。
文檔編號C08L63/02GK102372734SQ20101026056
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月24日 優先權日2010年8月24日
發明者倪才華, 戴錫禹, 黃鶴 申請人:江南大學