一种基于POSS的微纳米颗粒及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种基于POSS的微纳米颗粒及其制备方法和应用，属于高分子材料技术领域。本发明专利技术的基于POSS的微纳米颗粒具有核壳结构，所述壳为玻璃化转变温度为90～150℃的热塑性树脂，所述核为POSS接枝液体橡胶分子；所述壳的重量占微纳米颗粒总重量的5～20wt.％。本发明专利技术的微纳米颗粒在环氧树脂中分散性良好，橡胶、POSS及其所形成的互穿网络构成协同复合增效体系，实现了对环氧树脂的韧性、刚性的同步增强。步增强。步增强。

【技术实现步骤摘要】
一种基于POSS的微纳米颗粒及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及高分子材料
，尤其是一种基于POSS的微纳米颗粒及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]环氧树脂作为一种传统的热固性树脂材料，因其优异的力学、加工性能以及低廉的价格，广泛应用于航空航天、涂料、建筑等领域。环氧树脂自身是一种低聚物，只有与固化剂通过化学交联反应，形成三维交联聚合物后才具有使用价值。然而，由于环氧树脂的质脆、耐热性差以及某些固化剂的刚性结构引起的韧性差，限制了环氧树脂在一些尖端领域的应用。因此，对环氧树脂的韧性改性十分有必要。
[0003]对于环氧树脂的改性一般包括两种手段：(1)加入改性剂，如增塑剂或增柔剂，但通常会造成环氧树脂的耐热性能大幅降低；(2)采用橡胶或弹性体进行增韧，但会造成环氧树脂的强度降低，且粘度过高、易发生团聚。中国专利申请CN113831541A公开了一种纳米核壳粒子增韧改性环氧树脂的制备工艺，采用核为橡胶粒子、外壳为聚甲基丙烯酸甲酯的纳米核壳粒子作为环氧树脂的增韧剂，但制得的壳核粒子改性环氧树脂的韧性仍然较低，且刚性没有得到明显改善。
[0004]多面体低聚倍半硅氧烷(简称POSS)是一种纳米级的无机
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有机混合笼状结构的杂化小分子，POSS的笼形结构无机内核可以作为应力集中点，起到终止环氧树脂裂纹发展的作用，引发银纹和剪切带，形成增强增韧的效果。但是POSS在环氧树脂中分散性差，极易出现团聚，导致POSS对于环氧树脂的增韧效果改善有限。

技术实现思路
/>[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种可以有效提高环氧树脂的韧性、刚性的基于POSS的微纳米颗粒及其制备方法与应用。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种基于POSS的微纳米颗粒，所述微纳米颗粒具有核壳结构，所述壳为玻璃化转变温度为90～150℃的热塑性树脂，所述核为POSS接枝液体橡胶分子；所述壳的重量占微纳米颗粒总重量的5～20wt.％。
[0008]本专利技术的微纳米颗粒具有核壳结构，壳层的热塑性树脂的玻璃化转变温度不超过150℃，后续加工过程中易受热熔融，从而将核中的POSS均匀分散到树脂中，并促进了POSS与树脂体系之间的良好相容，充分发挥POSS所具有纳米尺寸效应，对树脂体系进行有效协同增韧。
[0009]同时，微纳米颗粒不仅具有橡胶和POSS复合增韧的特性，POSS接枝液体橡胶分子还能有效提高环氧树脂的强度。POSS接枝液体橡胶分子可以通过功能基团与环氧树脂反应形成互穿网络结构，实现橡胶、POSS和互穿网络的协同复合增效体系，实现对环氧树脂的韧性、刚性的同步增强。
[0010]优选地，所述壳的重量占微纳米颗粒总重量的8～12wt.％。
[0011]所述微纳米颗粒中，壳的重量占比会显著影响微纳米颗粒的增强效果。壳材料重量过大时，会造成微纳米颗粒对环氧树脂的增韧、增强效果不明显；壳材料重量过小时，包裹在核外层的热塑性树脂过少，微纳米颗粒易在加工过程中出现壳层破裂，导致POSS接枝液体橡胶分子过早地与环氧树脂基体接触，造成微纳米颗粒分散困难。壳的重量占微纳米颗粒重量的5～20wt.％范围内，微纳米颗粒可以良好分散，且有效增强、增韧；壳的重量占微纳米颗粒重量的8～12wt.％范围内时，微纳米颗粒对环氧树脂的增韧、增强提高效果更优。
[0012]优选地，所述热塑性树脂的玻璃化转变温度为100～130℃。
[0013]热塑性树脂的玻璃化转变温度按照GB/T 19466.2
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2004标准方法检测。
[0014]热塑性树脂的玻璃化转变温度不宜过高或过低。专利技术人研究发现，当热塑性树脂的玻璃化转变温度＞150℃时，会造成壳层在树脂加工时熔融速率慢或无法熔融，POSS接枝液体橡胶分子无法对环氧树脂起到增效作用；当热塑性树脂的玻璃化转变温度＜90℃时，热塑性树脂过早熔融脱离核颗粒，对POSS的促分散作用弱。热塑性树脂的玻璃化转变温度为100～130℃时，对于POSS的促分散作用和加工效率综合更优。
[0015]可选地，所述热塑性树脂为聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯与羟乙基甲基丙烯酸酯的共聚合物中至少一种。
[0016]优选地，所述微纳米颗粒的平均粒径为0.5～3μm。
[0017]更优选地，所述微纳米颗粒的平均粒径为1～1.5μm。
[0018]专利技术人研究发现，粒径较小的微纳米颗粒对环氧树脂的增韧效果相对更好。但微纳米颗粒的粒径过小，制备难度和成本越高。
[0019]优选地，所述液体橡胶分子的数均分子量为600～3000。
[0020]更优选地，所述液体橡胶分子的数均分子量为900～1500。
[0021]液体橡胶分子的数均分子量采用高温凝胶渗透色谱法进行测量，测试标准为SN/T 3002
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2011。
[0022]专利技术人研究发现，液体橡胶分子的数均分子量越高，会导致含有基于POSS的微纳米颗粒的环氧树脂的韧性降低。但液体橡胶分子的数均分子量也不宜过低，过低时橡胶的增韧效果较差。
[0023]优选地，所述POSS接枝液体橡胶分子由反应型液体橡胶和反应型POSS经接枝反应制得。
[0024]在POSS接枝液体橡胶分子的制备中，所述反应型液体橡胶和反应型POSS的添加重量比为10:(0.5～1)。
[0025]所述聚合反应可以是溶液法、悬浮聚合法、乳液聚合法中的至少一种。
[0026]优选地，所述POSS接枝液体橡胶分子由反应型液体橡胶和反应型POSS经悬浮聚合制得，所述POSS接枝液体橡胶分子的制备方法如下：
[0027]在搅拌条件下，将溶有反应型液体橡胶的有机溶剂与含有悬浮剂的溶液混合，得到悬浮颗粒溶液；
[0028]含有反应型POSS的溶液加至所述悬浮颗粒溶液中，在惰性气体保护下进行反应，得到含有POSS接枝液体橡胶分子颗粒的混合液。
[0029]在POSS接枝液体橡胶分子颗粒的制备中，优选地，所述反应的温度为30～80℃，时间为1～3h；更优选地，所述反应的温度为50～80℃，时间为6～24h。
[0030]优选地，所述反应型液体橡胶中含有功能基团氨基、环氧基或羧基中的一种或几种。
[0031]优选地，所述反应型POSS为八环氧基POSS、八氨基POSS、八羧基POSS中的至少一种。
[0032]优选地，所述悬浮剂为聚乙烯醇、聚丙烯酸、明胶、SiO2、滑石粉、十二烷基硫酸钠中的至少一种。
[0033]第二方面，本专利技术提供了上述基于POSS的微纳米颗粒的制备方法，包括如下步骤：
[0034]将分散有POSS接枝液体橡胶分子的混合液与热塑性树脂原料单体、悬浮引发剂混合，在惰性气体保护下进行反应，经后处理，得到所述基于POSS的微纳米颗粒。
[0035]在本专利技术的制备方法中，POSS接枝液体橡胶分子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于POSS的微纳米颗粒，其特征在于，所述微纳米颗粒具有核壳结构，所述壳为玻璃化转变温度为90～150℃的热塑性树脂，所述核为POSS接枝液体橡胶分子；所述壳的重量占微纳米颗粒总重量的5～20wt.％。2.根据权利要求1所述基于POSS的微纳米颗粒，其特征在于，所述壳的重量占微纳米颗粒总重量的8～12wt.％。3.根据权利要求1所述基于POSS的微纳米颗粒，其特征在于，所述微纳米颗粒的平均粒径为0.5～3μm。4.根据权利要求1所述基于POSS的微纳米颗粒，其特征在于，所述热塑性树脂的玻璃化转变温度为100～130℃。5.根据权利要求1所述基于POSS的微纳米颗粒，其特征在于，所述热塑性树脂为聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯与羟乙基甲基丙烯酸酯的共聚合物中的至少一种。6.根据权利要求1所述基于POSS的微纳米颗粒，其特征在于，所述液体橡胶分子的数均分子量为600～3000，液体橡胶分子的数均分子量采用高温凝胶渗透色谱法进行测量，测试标准为SN/T 3002
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2011。7.根据权利要求1所述基于POSS的微纳米颗粒，其特征在于，所述POSS接枝液体橡胶分子由反应型液体橡胶和反应型POSS经接枝反应制得。8.根据权利要求7所述基于POSS的微纳米颗粒，其特征在于，所述接枝反应为溶液法、悬浮聚合法、乳液聚合法中的至少一种。9.根据权利要求7所述基于POSS的微纳米颗粒，其特征在于，所述POSS接枝液体橡胶分子由反应型液体橡胶和反应型POSS经悬浮聚合制得，POSS接枝液体橡胶分子的制备方法如下：在搅拌条件下，将溶有反应型液体橡胶的有机溶剂与含有...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐洪耀，陈平绪，叶南飚，李晟，光善仪，梅林强，
申请(专利权)人：金发科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：