一种液晶环氧树脂/蒙脱土复合材料及其制备方法技术

一种液晶环氧树脂/蒙脱土复合材料及其制备方法，该复合材料由液晶环氧树脂和有机化改性蒙脱土固化复合而成。该复合材料的制备方法为：(一)按摩尔比，有机蒙脱土(M‑clay)中的羧基官能团：液晶环氧树脂中的环氧基团＝1：(1～2)称量原料，向M‑clay溶液中加入的液晶环氧树脂溶液，超声分散0.5～3h后，加入催化量的正四丁基溴化铵，升温至70～90℃反应5～7h；(二)按液晶环氧树脂/蒙脱土复合材料的原料配比，将液晶接枝蒙脱土‑溶剂淤浆加入液晶环氧树脂中，减压脱除溶剂，加入固化剂，升温至50～70℃，搅拌脱气，浇注至模具中固化。该复合材料具有高强度，高韧性的优点，同时提高了阻隔性能，尺寸稳定性以及阻燃性能。

【技术实现步骤摘要】
一种液晶环氧树脂/蒙脱土复合材料及其制备方法
本专利技术涉及高分子材料
，具体涉及一种液晶环氧树脂/蒙脱土复合材料及其制备方法。
技术介绍
现如今，聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料中，基体分为热固性和热塑性，在热固性树脂中，环氧树脂具有良好的力学性能、介电性能、粘结性能、耐化学腐蚀性能，并且其稳定性强，收缩率小，广泛应用于机械、电子、航空、航天、化工、交通运输、建筑等多个领域，应用范围十分广泛。但是单纯的环氧树脂固化物也存在着脆性大、韧性差、易开裂的缺点，因而限制了它在一些特殊领域的使用。为了解决这一问题，目前已经有诸多研究是对环氧树脂进行改性，基本上为橡胶类弹性体改性，热塑性树脂改性、互穿网络改性、无机纳米材料改性和纤维改性等。但以上改性方法在提高环氧树脂韧性的同时均导致了模量，强度，耐热性，加工性能等其他方面性能的下降。近年来，利用合成含刚棒状(rigidrod)液晶基元的环氧化合物，即液晶环氧树脂(LCER)，在其固化反应过程中，液晶易自发或沿外场方向取向，增加体系的有序度，并且可以通过固化反应使这种有序不可逆的固定下来，形成局部有序的自增强结构，从而改善固化物的韧性，并赋予材料一些新的机械、热、光电等性能。为了获得高度有序结构的液晶环氧树脂固化物，液晶环氧树脂固化反应要在液晶相温度区间的低端进行，固化反应温度过高会导致反应速率加快，使分子链来不及充分调整形成有序排列，降低体系的有序度，最终影响到材料的性能。由此可见，液晶环氧树脂结合了液晶有序和网络交联的特点，具有强度高、模量大、耐高温以及线膨胀系数小的特点，因此液晶环氧树脂改性的环氧树脂复合材料有望在高性能树脂复合材料、特种涂料、电子包封材料和非线性光学材料中得到广泛的应用。蒙脱土是一种天然的无机纳米填充材料，具有独特的层状硅酸盐结构。蒙脱土属于2:1型三层结构的黏土矿物，其单位晶胞有两层硅氧四面体中间夹一层铝氧八面体组成，四面体和八面体之间通过共用氧原子相连，形成了厚0.96nm，宽度与厚度比约100～1000，高度有序的准二维晶片，其晶胞平行叠置，多个这样的晶片自发层叠堆积，形成了蒙脱土颗粒。目前，对环氧树脂/蒙脱土纳米复合材料的研究是将纳米级蒙脱土均匀分散在环氧树脂基体中，利用蒙脱土大的表面积产生的表面效应和界面效应，提高环氧树脂的力学性能、耐热性能和阻隔性能。现有技术中，沈敏敏等对液晶环氧树脂/蒙脱土纳米复合材料的制备和固化反应动力学进行了研究，其用带有介晶基元的联苯二酚二缩水甘油醚(BP)、4-氨基苯基磺酰胺(SAA)和有机化蒙脱土(93A)采用浇铸成模固化成型的方法制备出液晶环氧树脂/蒙脱土纳米复合材料，WRXD表明93A含量为2％时可以形成剥离型纳米材料，10％形成插层性纳米材料，5％时形成剥离和插层混合型的纳米材料。蒙脱土的加入阻碍了液晶相的形成和液晶有序微区的排列，同时粘度增加，减小了反应基团的碰撞几率，增加了反应难度，使反应活化能增加(参考文献：沈敏敏，吕满庚，陈用烈，哈成勇.液晶环氧树脂/蒙脱土纳米复合材料的制备和固化反应动力学研究[J].高分子学报，2005，(2)：231～235)。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种液晶环氧树脂/蒙脱土复合材料及其制备方法，该复合材料具有高强度，高韧性的优点，同时提高了阻隔性能，尺寸稳定性以及阻燃性能。一种液晶环氧树脂/蒙脱土复合材料，由液晶环氧树脂和有机化改性蒙脱土固化复合而成，其中，液晶环氧树脂质量为复合材料总质量为85～99％，固化剂用量根据液晶环氧树脂的环氧值确定，余量为有机化改性蒙脱土；所述的固化剂用量为33～35phr。所述的液晶环氧树脂为环氧基团封端的席夫碱类和胆甾醇类的一种；所述的环氧基团封端的席夫碱类液晶环氧树脂，其分子结构通式为：其中，分子结构通式中，X为端基带有双键的羧酸中，双键官能团和羧基官能团间的分子骨架，具体结构为以下中的一种：其中，n为1～15的正整数；当n为2～15的正整数时，可以为带支链的线性结构；分子结构通式中，M的结构通式为：其中，R为氢、甲基、乙基、烷氧基中的一种；R`为无基团、苯环或联苯中的一种；所述的胆甾醇类液晶环氧树脂的分子结构通式为：其中，分子结构通式中，X为端基带有双键的酰氯中，双键官能团和酰氯官能团间的分子骨架，具体结构为以下中的一种：其中，n为1～15的正整数；当n为2～15的正整数时，可以为带支链的线性结构；其中，分子结构通式中，G为甾醇中双键环氧化的物质，具体为胆固醇双键环氧化、7-脱氢胆固醇双键环氧化或麦角固醇双键环氧化的一种，其分子结构式为：所述的端基带有双键的羧酸可以采用端基为双键的酰氯与羟基酸反应制备。所述的端基为双键的酰氯的分子结构通式为：其中，分子结构通式中，A为无基团，或基团，具体为丙烯酰氯或4-烯丙氧基苯甲酰氯中的一种；所述的羟基酸的分子结构通式为OH-A′-COOH其中，A`为其中，n为1～15的正整数，当n为2～15的正整数时，可以为带支链的线性结构；优选为4-(2-羟基乙氧基)-苯甲酸。一种液晶环氧树脂/蒙脱土复合材料的制备方法，包括以下步骤：(一)液晶接枝蒙脱土的制备按摩尔比，有机蒙脱土(M-clay)中的羧基官能团：液晶环氧树脂中的环氧基团＝1：(1～2)称量原料，将M-clay加入溶剂中，超声分散0.5～3h，得到分散的M-clay溶液，将液晶环氧树脂加入溶剂中，得到液晶环氧树脂溶液，向M-clay溶液中加入的液晶环氧树脂溶液，超声分散0.5～3h，得到混合溶液体系，向混合溶液体系中，加入催化量的正四丁基溴化铵，升温至70～90℃反应5～7h，反应结束后，洗涤固体沉淀物，得到液晶接枝蒙脱土-溶剂淤浆(DOACM-clay)；(二)液晶环氧树脂/蒙脱土复合材料的制备按液晶环氧树脂/蒙脱土复合材料的原料配比，将液晶接枝蒙脱土-溶剂淤浆(DOACM-clay)加入液晶环氧树脂中，减压脱除溶剂，加入固化剂，升温至50～70℃，搅拌至透明后真空脱气，浇注至模具中固化，得到液晶环氧树脂/蒙脱土复合材料，其中，固化条件为100～140℃固化1～3h，150～180℃固化3～7h；其中，所述的步骤(一)中，所述的有机蒙脱土(M-clay)为对氨基苯甲酸改性后的有机蒙脱土。所述的步骤(一)中，所述的溶剂为CHCl3、四氢呋喃，丙酮，乙酸乙酯，N，N-二甲基甲酰胺中的一种，加入溶剂的种类根据液晶环氧树脂结构的不同选取，加入量以充分溶解原料为准；所述的步骤(一)中，所述的超声，超声频率为25～40KHz。所述的步骤(一)中，所述的洗涤采用溶剂CHCl3洗涤5～6次，目的是除去未反应的液晶环氧树脂，保证过滤时体系含有溶剂的蒙脱土不干燥。所述的步骤(一)中，所述的液晶环氧树脂为过量加入，目的在于保证M-clay中羧基官能团只与液晶环氧树脂上一个环氧基团发生反应且能够反应完全。所述的步骤(二)中，所述的固化剂为对苯二胺(PDA)，4,4’-二氨基二苯砜(DDS)，4,4’-二氨基二苯甲烷(DDM)，或4,4’-二氨基二苯醚(DDE)中的一种；所述的步骤(二)中，所述的模具，原料为聚四氟乙烯、聚乙烯或聚丙烯中的一种。所述的步骤(二)中，所述的搅拌，搅拌速率为3000～6000r/min。所述的步骤(二)中，当所述的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液晶环氧树脂/蒙脱土复合材料，其特征在于，该液晶环氧树脂/蒙脱土复合材料由液晶环氧树脂和有机化改性蒙脱土固化复合而成，其中，液晶环氧树脂质量为复合材料总质量为85～99％，固化剂用量根据液晶环氧树脂的环氧值确定，余量为有机化改性蒙脱土；所述的液晶环氧树脂为环氧基团封端的席夫碱类和胆甾醇类的一种；所述的环氧基团封端的席夫碱类液晶环氧树脂，其分子结构通式为：

【技术特征摘要】
1.一种液晶环氧树脂/蒙脱土复合材料，其特征在于，该液晶环氧树脂/蒙脱土复合材料由液晶环氧树脂和有机化改性蒙脱土固化复合而成，其中，液晶环氧树脂质量为复合材料总质量为85～99％，固化剂用量根据液晶环氧树脂的环氧值确定，余量为有机化改性蒙脱土；所述的液晶环氧树脂为环氧基团封端的席夫碱类和胆甾醇类的一种；所述的环氧基团封端的席夫碱类液晶环氧树脂，其分子结构通式为：其中，分子结构通式中，X为端基带有双键的羧酸中，双键官能团和羧基官能团间的分子骨架，具体结构为以下中的一种：其中，n为1～15的正整数；当n为2～15的正整数时，可以为带支链的线性结构；分子结构通式中，M的结构通式为：其中，R为氢、甲基、乙基、烷氧基中的一种；R`为无基团、苯环或联苯中的一种；所述的胆甾醇类液晶环氧树脂的分子结构通式为：其中，分子结构通式中，X为端基带有双键的酰氯中，双键官能团和酰氯官能团间的分子骨架，具体结构为以下中的一种：其中，n为1～15的正整数；当n为2～15的正整数时，可以为带支链的线性结构；其中，分子结构通式中，G为甾醇中双键环氧化的物质，具体为胆固醇双键环氧化、7-脱氢胆固醇双键环氧化或麦角固醇双键环氧化的一种，其分子结构式为：2.如权利要求1所述的液晶环氧树脂/蒙脱土复合材料，其特征在于，所述的端基带有双键的羧酸可以采用端基为双键的酰氯与羟基酸反应制备；所述的端基为双键的酰氯的分子结构通式为：其中，分子结构通式中，A为无基团，或基团；所述的羟基酸的分子结构通式为OH-A′-COOH其中，A`为其中，n为1～15的正整数，当n为2～15的正整数时，可以为带支链的线性结构。3.权利要求1的液晶环氧树脂/蒙脱土复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(一)液晶接枝蒙脱土的制备按摩尔比，有机蒙脱土中的羧基官能团：液晶环氧树脂中的环氧基团＝1：(1～2)称量原料，将有机蒙脱土加入溶剂中，超声分散0.5～3h，得到分散的有机蒙脱土溶液，将液晶环氧树脂加入溶剂中，得到液晶环氧树脂溶液，向有机蒙脱土溶液中加入的液晶环氧树脂溶液，超声分散0.5～3h，得到混合溶液体系，向混合溶液体系中，加入催化量的正四丁基溴化铵，升温至70～90℃反应5～7h，反应结束后，洗涤固体沉淀物，得到液晶接枝蒙脱土-溶剂淤浆；(二)液晶环氧树脂/蒙脱土复合材料的制备按液晶环氧树脂/蒙脱土复合材料的原料配比，将液晶接枝蒙脱土-溶剂淤浆加入液晶环氧树脂中，减压脱除溶剂，加入固化剂，升温至50～70℃，搅拌至透明后真空脱气，浇注至模具中固化，得到液晶环氧树脂/蒙脱土复合材料，其中，固化条件为100～140℃固化1～3h，150～180℃固化3～7h。4.如权利要求3所述的液晶环氧树脂/蒙脱土复合材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤(一)中，所述的有机蒙脱土为对氨基苯甲酸改性后的有机蒙脱土；所述的步骤(一)中，所述的溶剂为CHCl3、四氢呋喃，丙酮，乙酸乙酯，N，N-二甲基甲酰胺中的一种，加入溶剂的种类根据液晶环氧树脂结构的不同选取，加入量以充分溶解原料为准；所述的步骤(一)中，所述的超声，超声频率为25～40KHz。5.如权利要求3所述的液晶环氧树脂/蒙脱土复合材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤(二)中，所述的固化剂为对苯二胺，4,4’-二氨基二苯砜，4,4’-二氨基二苯甲烷，或4,4’-二氨基二苯醚中的一种；所述的步骤(二)中，所述的模具，原料为聚四氟乙烯、聚乙烯或聚丙烯中的一种；所述的步骤(二)中，所述的搅拌，搅拌速率为3000～6000r/min。6.如权利要求3所述的液晶环氧树脂/蒙脱土复合材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤(二)中，当所述的液晶环氧树脂为环氧基团封端的席夫碱类液晶环氧树脂时，其制备方法，特征在于，包括以下步骤：步骤1：端基带有双键的羧酸的制备按摩尔比，羟基酸：端基为双键的酰氯＝1:1称量原料；将羟基酸和端基为双键的酰氯分别加入溶剂，得到相应溶液；向羟基酸溶液中，持续搅拌下滴加端基为双键酰氯的溶液，滴加完毕后，常温反应1～3h，然后回流反应6～10h，去除溶剂后，将所得的粗产物重结晶，得到白色晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈非，丛越华，张宝砚，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21