一种热固性环氧树脂专用预聚石墨烯母料及制备方法技术

本发明专利技术属于高分子聚合物技术领域，具体的说涉及一种热固性环氧树脂专用预聚石墨烯母料及制备方法，通过将石墨烯分散于环氧树脂单体中预聚，将石墨烯包覆形成胶囊，得到预聚石墨烯母料。该预聚石墨烯母料在环氧树脂中易于分散，通过胶囊携带，将石墨烯预分散于环氧树脂。辅助的潜伏型固化剂受外界温度升高与环氧树脂和石墨烯母料的预聚胶囊壁发生化学反应，形成网状立体聚合物，一方面，胶囊壁破裂将石墨烯分散与环氧树脂，另一方面，石墨烯与环氧树脂络合、缠绕，大幅提升环氧树脂的强度和韧性。

Thermosetting prepolymer for preparing thermosetting epoxy resin and preparation method thereof

The invention belongs to the technical field of polymer, in particular to a special pre thermosetting epoxy resin poly graphene masterbatch and preparation method, the graphene dispersed in epoxy resin monomer prepolymer, the graphene coated capsules, obtained prepolymer of graphene masterbatch. The prepolymer is easy to disperse in epoxy resin and is pre dispersed in epoxy resin by capsule carrying. Assist the latent curing agent by external temperature with epoxy resin and graphene masterbatch polymer capsule wall chemical reaction, the formation of three-dimensional reticular polymer, on the one hand, the capsule wall rupture of the graphene dispersion and epoxy resin, on the other hand, graphene and epoxy resin complex, winding, increase of epoxy resin strength and toughness.

【技术实现步骤摘要】
一种热固性环氧树脂专用预聚石墨烯母料及制备方法
本专利技术属于高分子聚合物
，具体的说是一种热固性环氧树脂专用预聚石墨烯母料及制备方法。
技术介绍
环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机化合物，未固化之前，是线型的热塑性树脂，分子结构中含有活泼的环氧基团可与多种类型的固化剂交联形成不溶的三维网状结构。固化后的环氧树脂具有良好的物理、化学性能，它对金属和非金属材料的表面具有优异的粘接强度，介电性能良好，变形收缩率小，制品尺寸稳定性好，硬度高，柔韧性较好，对碱及大部分溶剂稳定，固化后的环氧树脂种类繁多，应用广泛，有许多优良的性能。其最突出的特点是粘结能力很强，是人们熟悉的“万能胶”的主要成分。此外还耐化学药品、耐热，电气绝缘性能良好，收缩率小，且具有比环氧树脂有更好的力学性能，但是纯的环氧树脂脆性相对较大，耐冲击性能和导电导热性能相对较差，容易开裂，不能满足实际应用中，尤其是特殊极端条件下的使用要求，特别是将环氧树脂用于封装各种电子元件、防腐涂料时，其耐候性差、发脆的缺陷成为阻碍其应用的瓶颈。因此，对环氧树脂的改性也是树脂材料领域被经常关注的课题。石墨烯(Graphene)是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。它是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。作为一种由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体，它是目前进入应用领域中最薄的材料和最强韧的材料，断裂强度比钢材还要高200倍，还有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20％；同时石墨烯具有巨大的理论比表面积，物理化学性质稳定还具有优异的导电性，可以降低内阻。正是由于石墨烯具有上述诸多的优异物理化学性质，其在储能材料，环境工程，灵敏传感方面被广泛应用，被称为“黑金”或是“新材料之王”。同样在复合材料领域，对于石墨烯复合材料的研究也始终是焦点之一，通常将石墨烯作为纳米填料复配到环氧树脂基体中，适当添加可有效改善环氧树脂的热性能、电性能和力学性能。但是现有的实际生产过程中的复合过程还存在着诸多问题，现有技术通常通过共混法复合石墨烯与环氧树脂，石墨烯以直接共混的方式在环氧树脂基体中分散性不好，且石墨烯易发生团聚。而溶液共混法石墨烯也难以充分均匀地分散，由于石墨烯强烈的吸附作用，溶剂难以去除干净。两种方式都会在环氧树脂固化后引入缺陷，影响石墨烯的增强效果，进而导致石墨烯环氧树脂复合材料的性能还不够理想，不能达到各领域的应用要求，限制了复合材料的推广和发展。因此，如何找到一种更加优化的石墨烯改性环氧树脂的制备方法，提高石墨烯环氧树脂复合材料的性能，已成为诸多树脂厂商和业内一线研发人员亟待解决的重要问题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的首要目的在于提供一种热固性环氧树脂专用预聚石墨烯母料，其特征是一种具有胶囊结构的预聚石墨烯母料，其中，胶囊壁为预聚环氧树脂体，胶囊核为石墨烯。显著的优势是该石墨烯母料在环氧树脂中具有极佳的分散性，使用时作为母料直接用于在环氧树脂添加成型，可大幅提升环氧树脂制品的强度和韧性，降低环氧树脂的脆性，显著提高了热固性环氧树脂的可塑性。本专利技术还提供了一种热固性环氧树脂专用预聚石墨烯母料的制备方法，该方法简单易行，成本低廉，适合工业化生产。为实现上述目的，本专利技术采用如下具体的技术方案：一种热固性环氧树脂专用预聚石墨烯母料，特征是具有胶囊结构的预聚石墨烯母料，其中，胶囊壁为预聚环氧树脂体，胶囊核为石墨烯，由包含以下原料按重量份制成：石墨烯20~50份、表面活性剂1~3份、环氧树脂单体10~100份、催化剂1~3份、有机溶剂10~100份、潜伏型固化剂0.5-1份。根据本专利技术，优选的，本专利技术产物中环氧树脂单体为双酚A型环氧树脂的单体、双酚F型环氧树脂的单体和酚醛环氧树脂的单体中的一种。根据本专利技术，优选的，本专利技术中通过加入表面活性剂，增加石墨烯在溶液中的稳定性，避免石墨烯的沉聚，优选的，所述表面活性剂为十二烷基醇聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基硫酸铵、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸、月桂基硫酸三乙醇胺、脂肪醇羟乙基磺酸钠、N-月桂酰肌胺酸钠、N-月桂酰基谷胺酸钠、酰胺基聚氧乙烯醚硫酸镁中的至少一种。根据本专利技术，本专利技术对催化剂的种类没有特殊的要求，只要能够催化环氧树脂的生成即可，可以为本领域技术人员所公知，如所述催化剂可以为胆碱、三苯基磷酸盐和铵盐中的至少一种，所述铵盐选自四甲基溴化铵、苄基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵和四乙基溴化铵中的至少一种。根据本专利技术，优选的，所述有机溶剂为酮类、烃类、醚类、醇类中的至少一种，如甲基乙基酮、甲基异丁基酮、甲苯、二甲苯、甲醇、乙醇、伯醇、甲基吡咯烷酮、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇和聚乙二醇中的至少一种。根据本专利技术，优选的，所述潜伏型固化剂为三氮化硼乙胺、双氰胺中的一种。一种热固性环氧树脂专用预聚石墨烯母料的制备方法，包括以下步骤：（1）将石墨烯和有机溶剂混合均匀，然后加入表面活性剂，超声分散30~120min，得到混合体系；（2）向步骤（1）的混合体系中加入环氧树脂单体，搅拌升温至70~90℃，分次加入催化剂，匀速搅拌并滴加浓度为10%-30%的碱液，使环氧树脂单体预聚包覆石墨烯形成胶囊结构，保温1～5h，用酸中和至中性；（3）将步骤（2）得到的物料与减压蒸馏除去挥发物，将蒸馏浓缩物水洗至中性，与潜伏型固化剂分散均匀，低温保存，即得热固性环氧树脂专用预聚石墨烯母料。根据本专利技术，为了进一步提高石墨烯在环氧树脂中的分散性能，进一步的，所述石墨烯为改性石墨烯，所述改性石墨烯为氧化还原石墨烯。根据本专利技术，在步骤（2）中，所述催化剂分2~5次加入混合体系。根据本专利技术，在步骤（3）所述减压蒸馏的步骤为：将产物在旋转蒸发仪中，在80~87℃下进行减压蒸馏，直至无冷凝物流到收集瓶中时，冷却至45~55℃，停止减压蒸馏。根据本专利技术，在步骤（3）所述碱液为氢氧化钠或氢氧化钾溶液，或者是两者的混合溶液。本专利技术提出一种热固性环氧树脂专用预聚石墨烯母料及制备方法，通过将石墨烯分散于环氧树脂单体中预聚，将石墨烯包覆形成胶囊，得到预聚石墨烯母料。该预聚石墨烯母料在环氧树脂中易于分散，通过胶囊携带，将石墨烯预分散于环氧树脂。辅助的潜伏型固化剂受外界温度升高与环氧树脂和石墨烯母料的预聚胶囊壁发生化学反应，形成网状立体聚合物，一方面，胶囊壁破裂将石墨烯分散与环氧树脂，另一方面，石墨烯与环氧树脂络合、缠绕，大幅提升环氧树脂的强度和韧性。可以用作制作树脂片、树脂复合物金属铜箔、半固化片、层压板、覆铜箔层压板、印制线路板之外，还可用于用来制作胶黏剂、涂料、复合材料，也可用于建筑、航空、船舶、汽车工业。本专利技术一种热固性环氧树脂专用预聚石墨烯母料及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果为：1、本专利技术中通过加入合适的表面活性剂和预聚，将石墨烯通过分散预聚包覆形成了易于在环氧树脂中分散的胶囊型石墨烯母料。解决了石墨烯在环氧树脂中的分散问题。2、本专利技术中的石墨烯母料在应用于环氧树脂时，石墨烯母料均匀分散于环氧树脂后，石墨烯母料的胶囊外层附着的潜伏型固化剂受外界温度升高与环氧树脂和石墨烯母料的预聚胶囊壁发生化学反应，形成网状立体聚合物，一方面，胶囊壁破裂将石墨烯分散与环氧树脂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热固性环氧树脂专用预聚石墨烯母料，其特征是：具有胶囊结构的预聚石墨烯母料，其中，胶囊壁为预聚环氧树脂体，胶囊核为石墨烯，由包含以下原料按重量份制成：石墨烯20~50份、表面活性剂1~3份、环氧树脂单体10~100份、催化剂1~3份、有机溶剂10~100份、潜伏型固化剂0.5‑1份。

【技术特征摘要】
1.一种热固性环氧树脂专用预聚石墨烯母料，其特征是：具有胶囊结构的预聚石墨烯母料，其中，胶囊壁为预聚环氧树脂体，胶囊核为石墨烯，由包含以下原料按重量份制成：石墨烯20~50份、表面活性剂1~3份、环氧树脂单体10~100份、催化剂1~3份、有机溶剂10~100份、潜伏型固化剂0.5-1份。2.根据权利要求1所述一种热固性环氧树脂专用预聚石墨烯母料，其特征在于：所述环氧树脂单体为双酚A型环氧树脂的单体、双酚F型环氧树脂的单体和酚醛环氧树脂的单体中的一种。3.根据权利要求1所述一种热固性环氧树脂专用预聚石墨烯母料，其特征在于：所述表面活性剂为十二烷基醇聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基硫酸铵、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸、月桂基硫酸三乙醇胺、脂肪醇羟乙基磺酸钠、N-月桂酰肌胺酸钠、N-月桂酰基谷胺酸钠、酰胺基聚氧乙烯醚硫酸镁中的至少一种。4.根据权利要求1所述一种热固性环氧树脂专用预聚石墨烯母料，其特征在于：所述催化剂为胆碱、三苯基磷酸盐和铵盐中的至少一种。5.根据权利要求1所述一种热固性环氧树脂专用预聚石墨烯母料，其特征在于：所述有机溶剂为甲基乙基酮、甲基异丁基酮、甲苯、二甲苯、甲醇、乙醇、伯醇、甲基吡咯烷酮、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇和聚乙二醇中的至少一种。6.根据权利要求1所述一种热固性环氧树脂专用预...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，王镭迪，曾军堂，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51