一种基于POSS的具有可控相结构的环氧纳米复合材料制造技术

一种基于POSS的环氧纳米复合材料及其制备方法，涉及一种具有增强效果的可控相结构的基于POSS的环氧纳米复合材料。采用可逆加成断裂转移自由基聚合（RAFT）法，将POSS单体、链转移剂和引发剂按计量配置于溶液中，用液氮冻融脱气后充入氩气保护反应，得到PMAiBuPOSS；进一步将PMAiBuPOSS、甲基丙烯酸甲酯单体（MMA）和引发剂配置于溶液中，RAFT聚合得到POSS基嵌段共聚物，即PMAiBuPOSS-b-PMMA。将POSS单体、环氧树脂和所制备POSS基嵌段共聚物熔融共混，得到POSS和环氧共混前驱体，并加入固化剂，充分搅拌溶解后，将共混物倒入模具中，程序升温固化后，得到基于POSS的具有可控相结构的环氧纳米复合材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于POSS的环氧纳米复合材料及其制备方法，尤其涉及一种具有增强效果的可控相结构的基于POSS的环氧纳米复合材料，属有机高分子材料领域。
技术介绍
随着社会的飞速发展和进步，具有多种优异性能的功能性新材料已成为科技发展重要方向。在此需求的推动下，越来越多的研究者对有机-无机纳米复合材料表示了巨大的研究兴趣。有机-无机纳米复合材料之所以受到研究者们的青睐，因其综合了聚合物的优点(如低密度、易加工、韧性)以及无机材料的优点(如高模量、高硬度、不易燃)。近年来,可控结构的无机纳米粒子团簇,例如多面体齐聚倍半娃氧烧(Polyhedraloligomeric silsesquioxanes,简称P0SS)的出现为有机_无机纳米复合材料的制备提供了一种有效途径。多面体齐聚倍半硅氧烷(POSS)典型分子式为(RSiOp5)n (n>4，R=H、烷基、芳基或有机官能基团)，娃和氧构成其无机的结构中心，结构中心外围被有机取代基所包围。硅氧笼型骨架赋予其无机材料的优异性能，外围的有机基团又为其参与构建复合材料提供了机会。基于POSS的聚合物基纳米复合材料可以通过POSS与聚合物或反应型共聚共混体系直接共混得到，也可通过POSS的反应性有机基团接枝、共聚到聚合物链上。众所周知，环氧树脂已成为应用最为广泛的商业化树脂之一，无论是电子、航天还是自动化领域，环氧树脂都发挥着极为重要的作用。然而，环氧树脂因其自身僵化的交联网络结构具有脆性大、断裂韧性低等致命的弱点。近年来，利用POSS的单体或聚合物与环氧树脂构筑有机-无机纳米复合材料以实现环氧性能改进的研究受到越来越广泛的关注。利用多元组分在环氧体系中构筑纳米结构能够有效的实现环氧树脂的“纳米结构强化”。Maria J.Abad 等(Abad, M.J.，et al., Macromolecules, 2003.36 (9):p.3128-3135.)通过两步法将高含量的POSS成功引入环氧树脂中，POSS与二胺以1:1的摩尔比完全反应。Zeng 等(Zeng, K., et al., Polymer, 2009.50 (2):ρ.685-695.)合成了七(三氟丙基)POSS封端的PCL、PE0聚双酚A醚并把它们用作环氧树脂改性剂来原位构筑纳米复合材料。Ni 等(Ni C，et al., Col1id&Polymer Science, 2009，288 (4): 469-477.)通过丁基缩水甘油醚与胺基丙基POSS反应，得到了具有反应性羟基与胺基的P0SS，其加入到环氧树脂中，可提高环氧树脂的机械性能与热性能。张增平等(张增平，梁国正，刘继三，谢建强，管兴华，笼型倍半硅氧烷POSS-环氧杂化树脂体系固化反应动力学及性能研究，中国胶粘剂，2007，16 (9):1-4)采用笼型齐聚倍半硅氧烷(POSS)改性双酚A型环氧树脂E51，得到耐热性提高的有机无机杂化树脂。李齐方等(李齐方，卢鹏，中国专利，CN102815071A)采用独特的单异氰酸酯基笼型倍半硅氧烷(POSS)对环氧分子进行接枝改性，获得高耐热、低介电的环氧树脂。张春玲等(张春玲，刘博，孙国恩，白雪涛，中国专利，CN102492116A)将八环氧基POSS单体引入到环氧树脂结构体系中，形成了网络交联结构，没有相分离。目前，利用POSS的单体或聚合物与环氧树脂构筑有机-无机纳米复 合材料的研究已取得较大进展，但上述研究报道均未涉及一种POSS基嵌段共聚物的增容POSS单体与环氧直接物理共混体系的环氧纳米复合材料。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种基于POSS的具有可控相结构的环氧纳米复合材料及其制备方法。本专利技术所涉及的一种基于POSS的具有可控相结构的环氧纳米复合材料采用POSS基嵌段共聚物增容POSS单体与环氧树脂直接共混体系，有效改善POSS单体与环氧树脂的相容性，制备得具有纳米级可控相结构的基于POSS的环氧纳米复合材料。上述环氧纳米复合材料中，POSS组分以纳米粒子的形式均匀分散在环氧体系中，实现环氧体系纳米级可控相结构的构筑，可有效增强环氧树脂。该环氧纳米复合材料制备方法简单，可操作性强，易于实现工业化。本专利技术采用以下技术方案:步骤一，POSS基嵌段共聚物的制备，采用可逆加成断裂转移自由基聚合(RAFT)法制备POSS基嵌段共聚物；步骤二，基于POSS的环氧纳米复合材料的制备，将POSS基嵌段共聚物，POSS单体与环氧树脂熔融共混，搅拌成均相后加入固化剂，倒入模具程序固化，制备得到基于POSS的环氧纳米复合材料。本专利技术所述POSS单体为甲基丙烯酰氧丙基异丁基POSS(MAiBuPOSS)，其结构式如下:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于POSS的环氧纳米复合材料及其制备方法，其特征在于步骤一，POSS基嵌段共聚物的制备，采用可逆加成断裂转移自由基聚合（RAFT）法制备POSS基嵌段共聚物；步骤二，基于POSS的环氧纳米复合材料的制备，将POSS基嵌段共聚物，POSS单体与环氧树脂熔融共混，搅拌成均相后加入固化剂，倒入模具程序固化，制备得到基于POSS的环氧纳米复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种基于POSS的环氧纳米复合材料及其制备方法，其特征在于步骤一，POSS基嵌段共聚物的制备，采用可逆加成断裂转移自由基聚合(RAFT)法制备POSS基嵌段共聚物；步骤二，基于POSS的环氧纳米复合材料的制备，将POSS基嵌段共聚物，POSS单体与环氧树脂熔融共混，搅拌成均相后加入固化剂，倒入模具程序固化，制备得到基于POSS的环氧纳米复合材料。2.根据权利要求1所述的一种基于POSS的环氧纳米复合材料的制备方法，其特征在于所述POSS单体为甲基丙烯酰氧丙基异丁基POSS (MAiBuPOSS)，其结构式如下:3.根据权利要求1所述的一种基于POSS的环氧纳米复合材料的制备方法，其特征在于所述POSS基嵌段共聚物为以聚甲基丙烯酰氧丙基异丁基多面体齐聚倍半硅氧烷(PMAiBuPOSS)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为嵌段的两嵌段共聚物，即聚甲基丙烯酰氧丙基异丁基多面体齐聚倍半硅氧烷-b-聚甲基丙烯酸甲酯(PMAiBuPOSS-b-PMMA)，共聚物分子量Mn为20000 100000，分散指数roi=Mn/Mw=l.1 1.5，其中Mw代表重均分子量，Mn代表数均分子量。4.根据权利要求1所述的一种基于POSS的环氧纳米复合材料的制备方法，其特征在于所述的步骤一 =POSS基嵌段共聚物的制备方法详述如下: 步骤I)将POSS单体、链转移剂和引发剂按计量配置于四氢呋喃溶液中，将溶液置于反应器中用液氮冻融脱气三至五次后充入氩气保护反应，反应结束后用液氮冷冻停止反应，加入四氢呋喃稀释并用甲醇沉淀，反复沉淀至无POSS单体存在为止，干燥得到粉色PMAiBuPOSS ； 步骤2)将PMAiBuPOSS、甲基丙烯酸甲酯单体(MMA)和引发剂按计量配置于四氢呋喃溶液中，将溶液置于反应器中用液氮冻融脱气三至五次后充入氩气保护反应，反应结束后用液氮冷冻停止反应，加入四氢呋喃稀释并用甲醇沉淀，反复沉淀至无PMAiBuPOSS及单...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴李宗，陈珉，张龙，谢剑杰，康启龙，李聪，许一婷，曾碧榕，罗伟昂，何凯斌，刘新瑜，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：