專利名稱：含聯(lián)苯結(jié)構(gòu)環(huán)氧樹脂/蒙脫土納米復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種低成本并具有較好的韌性和耐熱性能的含聯(lián)苯結(jié)構(gòu)環(huán)氧樹脂/蒙脫土納米復(fù)合材料，屬于納米復(fù)合材料制備研究領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，國內(nèi)外環(huán)氧樹脂/粘土納米復(fù)合材料研究主要集中于雙酚A型環(huán)氧樹脂與 鈉基蒙脫土的插層復(fù)合上，獲得了較好的力學(xué)性能；但雙酚A型環(huán)氧樹脂/蒙脫土納米復(fù)合 材料的剛性較差，并且其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較低，耐熱性不好，而用于封裝材料的環(huán)氧樹脂需 要有良好的耐熱性和吸濕性；改進(jìn)耐熱性可以采取兩個(gè)途徑引入含剛性結(jié)構(gòu)的環(huán)氧樹脂 與高剛性結(jié)構(gòu)的固化劑；高剛性的耐熱基團(tuán)的引入可以有效提高固化物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度， 從而使所制備的復(fù)合材料具有更好的耐熱性，可以應(yīng)用為高性能電子封裝材料以解決微電 子行業(yè)的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，進(jìn)一步加強(qiáng)納米復(fù)合材料的剛性、升高 其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，提高納米復(fù)合材料的耐沖擊強(qiáng)度，獲得性能更為優(yōu)異的納米復(fù)合材料， 并降低其制備成本；本發(fā)明采用含聯(lián)苯結(jié)構(gòu)環(huán)氧樹脂3，3’，5，5’ -四甲基聯(lián)苯二酚二縮水 甘油醚(TMBP)與直接有機(jī)化改性的鈣基蒙脫土進(jìn)行插層復(fù)合研究，并引進(jìn)一種高剛性結(jié) 構(gòu)的固化劑4，4’-二氨基二苯醚二苯酮(DEDK)，在成功提高復(fù)合材料的耐熱性能，并獲得 較好的韌性的同時(shí)，降低了復(fù)合材料的制備成本；成功制備出高剛性(缺口沖擊強(qiáng)度達(dá)到 2. 53KJ/m2)、高耐熱性(Tg = 469K)剝離型(層間距> 8. 8nm)的含聯(lián)苯結(jié)構(gòu)環(huán)氧樹脂/蒙 脫土納米復(fù)合材料。TMBP和DEDK的結(jié)構(gòu)如下
TMBPDEDK本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的方案是增大交聯(lián)密度和引入剛性基團(tuán)是提高耐熱 性的最重要手段，由于在TMBP的主鏈中含有聯(lián)苯結(jié)構(gòu)，而聯(lián)苯基團(tuán)是一種高剛性的耐熱基 團(tuán)，它的引入可以提高固化物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，從而使所制備的復(fù)合材料具有更好的耐熱 性；而且聯(lián)苯基團(tuán)近乎平面的結(jié)構(gòu)增加了鏈的規(guī)整性和分子鏈間的相互作用，即在化學(xué)交 聯(lián)點(diǎn)之間引入物理交聯(lián)點(diǎn)，從而使TMBP在具有高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的同時(shí)，又能夠具有較 好的韌性。此外，含有剛性基團(tuán)(聯(lián)苯)的環(huán)氧樹脂TMBP具有低熔融粘度，在通用溶劑中 有良好的溶解性，這對于環(huán)氧樹脂的進(jìn)一步加工成型和應(yīng)用是十分有利的；同時(shí)，高剛性結(jié) 構(gòu)的固化劑4，4’_ 二氨基二苯醚二苯酮(DEDK)的使用，也有助于固化物耐熱性的提高，另 夕卜，本發(fā)明采用鈣基蒙脫土直接有機(jī)化處理來制備有機(jī)土，使蒙脫土處理成本顯著降低，從而獲得了低成本的納米復(fù)合材料，有效改善了納米復(fù)合材料的拉伸性能和彎曲性能，較大程度提高其沖擊強(qiáng)度，并且玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較高，獲得綜合性能優(yōu)異的樹脂基復(fù)合材料。本發(fā)明含聯(lián)苯結(jié)構(gòu)環(huán)氧樹脂/蒙脫土納米復(fù)合材料的制備方法是將經(jīng)300目篩分的鈣基蒙脫土采用十六烷基三甲基溴化銨通過離子交換進(jìn)行有 機(jī)化改性(按每IOOg 土中加入30 50g有機(jī)胺的比例)，將分離物在常溫下真空干燥烘 干至恒重后，研磨為粉末，過300目篩，得到具有理想層間距的有機(jī)土 ；將適量的有機(jī)土(有 機(jī)土含量占體系的1 )加入適量丙酮，超聲分散后加入環(huán)氧樹脂TMBP，在200°C下 攪拌混合2h，使有機(jī)蒙脫土能夠均勻分散到環(huán)氧樹脂基體中；在環(huán)氧樹脂與有機(jī)土的混合 物中，加入一定量的固化劑(固化劑與環(huán)氧樹脂是等當(dāng)量配比)，在一定的溫度下熔融混合 后，注入涂有脫模劑的玻璃模具中，然后放入固化爐中，根據(jù)DSC法所確定的固化條件，在 指定的溫度下逐級升溫固化，固化結(jié)束后停止加熱，自然冷卻至室溫，脫模，即得剝離型含 聯(lián)苯結(jié)構(gòu)環(huán)氧樹脂/蒙脫土納米復(fù)合材料；本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明開發(fā)出了具有我們獨(dú)創(chuàng)性的環(huán)氧樹脂/蒙脫土納米 復(fù)合材料，制備出了一種低成本并具有較好耐熱性能(Tg = 469K)的剝離型(層間距> 8. 8nm)的含聯(lián)苯結(jié)構(gòu)環(huán)氧樹脂/蒙脫土納米復(fù)合材料，克服了雙酚A型環(huán)氧樹脂/蒙脫土 納米復(fù)合材料耐熱性差的問題，既可以應(yīng)用為高性能電子封裝材料以解決微電子行業(yè)的需 求，也可以應(yīng)用為耐高溫粘合劑或者新型涂料，使其獲得更為廣泛的應(yīng)用，尤其是鈣基蒙脫 土直接有機(jī)化處理降低了納米復(fù)合材料的制備成本，提升了納米復(fù)合材料的性價(jià)比，為其 推廣應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1是納米復(fù)合材料設(shè)計(jì)合成的技術(shù)路線
具體實(shí)施例方式(1)制備有機(jī)蒙脫土。在IOOOmL三口瓶中加入250mL蒸餾水、250mL95%乙醇、0.02mol十六烷基三甲基 溴化銨，攪拌升溫至80°C時(shí)，加入IOg經(jīng)300目篩分的蒙脫土(按每IOOg土中加入30 50g 有機(jī)胺的比例)，保持80°C攪拌回流一定時(shí)間后，將所得到的混濁液減壓抽濾，再用1 1 乙醇_蒸餾水洗滌，反復(fù)數(shù)次直至分離液中不含Br_(加入0. ImoVLAgNO3不產(chǎn)生淡黃色沉 淀)，最后，將分離物在常溫下真空干燥烘干至恒重后，研磨為粉末，過300目篩，成功制備 出具有理想層間距的有機(jī)土。(2)含聯(lián)苯結(jié)構(gòu)環(huán)氧樹脂/蒙脫土納米復(fù)合材料的制備將適量的有機(jī)土(有機(jī)土含量占體系的lwt%、3wt%、5wt%、7wt% )加入適量丙 酮，超聲分散后加入環(huán)氧樹脂TMBP，在200°C下攪拌混合2h，使有機(jī)蒙脫土能夠均勻分散到 環(huán)氧樹脂基體中；在環(huán)氧樹脂與有機(jī)土的混合物中，加入一定量的固化劑(固化劑與環(huán)氧 樹脂是等當(dāng)量配比)，在一定的溫度下熔融混合后，注入涂有脫模劑的玻璃模具中；然后放 入固化爐中，根據(jù)DSC法所確定的固化條件，在指定的溫度下逐級升溫固化，固化結(jié)束后停 止加熱，自然冷卻至室溫，脫模，即得剝離型含聯(lián)苯結(jié)構(gòu)環(huán)氧樹脂/蒙脫土納米復(fù)合材料。
權(quán)利要求
一種含聯(lián)苯結(jié)構(gòu)環(huán)氧樹脂/蒙脫土納米復(fù)合材料，其特征在于復(fù)合材料中蒙脫土分散相尺度為10-100nm，其組分比例如下(重量份)含聯(lián)苯結(jié)構(gòu)環(huán)氧樹脂∶有機(jī)蒙脫土∶固化劑＝100∶1～7∶80。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含聯(lián)苯結(jié)構(gòu)環(huán)氧樹脂/蒙脫土納米復(fù)合材料，其特征在于 所采用的環(huán)氧樹脂基體是一種含聯(lián)苯結(jié)構(gòu)環(huán)氧樹脂3，3’，5，5’ -四甲基聯(lián)苯二酚二縮水 甘油醚(TMBP)；所采用的固化劑是一種一種含高剛性結(jié)構(gòu)的固化劑4，4’ - 二氨基二苯醚 二苯酮(DEDK)；所采用的有機(jī)土是采用鈣基蒙脫土直接有機(jī)化處理來制備的有機(jī)土。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含聯(lián)苯結(jié)構(gòu)環(huán)氧樹脂/蒙脫土納米復(fù)合材料的制備方法， 其特征在于有機(jī)土的制備把蒸餾水、乙醇和十六烷基三甲基溴化銨按照一定配比攪拌 升溫后加入蒙脫土，保持恒溫?cái)嚢杌亓饕欢〞r(shí)間后，將所得到的混濁液減壓抽濾，再用乙 醇_蒸餾水洗滌，反復(fù)數(shù)次直至分離液中不含Br—后，將分離物在常溫下真空干燥烘干至恒 重后，研磨為粉末，過300目篩得到有機(jī)蒙脫土。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含聯(lián)苯結(jié)構(gòu)環(huán)氧樹脂/蒙脫土納米復(fù)合材料的制備方法，其 特征在于環(huán)氧樹脂/有機(jī)土復(fù)合材料的制備將不同含量的有機(jī)蒙脫土與環(huán)氧樹脂E-51， 制成不同混合溫度、時(shí)間的混合物，混合溫度范圍從150°C至200°C，混合時(shí)間從0. 5h到 2. 5h，這種混合法所得到的混合物仍保持液體狀態(tài)；取一定比例的環(huán)氧樹脂與有機(jī)土的混 合物，加入一定量的固化劑(固化劑與環(huán)氧樹脂是等當(dāng)量配比)，在一定的溫度下熔融混 合，注入涂有脫模劑的玻璃模具中；然后放入固化爐中，在指定的溫度下固化，固化結(jié)束后 自然冷卻至室溫，脫模，即得固化物樣品。
全文摘要
本發(fā)明是含聯(lián)苯結(jié)構(gòu)環(huán)氧樹脂/蒙脫土納米復(fù)合材料，屬于納米復(fù)合材料制備研究領(lǐng)域。采用十六烷基三甲基溴化銨與鈣基蒙脫土攪拌回流、減壓抽濾后得到有機(jī)蒙脫土(層間距＝2.21nm)；將有機(jī)蒙脫土以一定比例加入到含聯(lián)苯結(jié)構(gòu)環(huán)氧樹脂3，3′，5，5′-四甲基聯(lián)苯二酚二縮水甘油醚中，引入超聲技術(shù)、改進(jìn)固化工藝，使有機(jī)蒙脫土的納米片層有效剝離并均勻分散到環(huán)氧樹脂基體中，并引進(jìn)高剛性結(jié)構(gòu)的固化劑4，4′-二氨基二苯醚二苯酮，制備出一種低成本并具有較好耐熱性能(Tg＝469K)的剝離型(層間距＞8.8nm)的含聯(lián)苯結(jié)構(gòu)環(huán)氧樹脂/蒙脫土納米復(fù)合材料，克服了雙酚A型環(huán)氧樹脂/蒙脫土納米復(fù)合材料耐熱性差的問題，可以應(yīng)用為高性能電子封裝材料以解決微電子行業(yè)的需求。
文檔編號C08G59/50GK101885901SQ20101022492
公開日2010年11月17日 申請日期2010年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月13日
發(fā)明者關(guān)寶生, 崔繼文, 武冬梅 申請人:佳木斯大學(xué)