本發(fā)明涉及高分子材料技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種液晶環(huán)氧樹脂/蒙脫土復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù):
現(xiàn)如今,聚合物/層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料中,基體分為熱固性和熱塑性,在熱固性樹脂中,環(huán)氧樹脂具有良好的力學(xué)性能、介電性能、粘結(jié)性能、耐化學(xué)腐蝕性能,并且其穩(wěn)定性強,收縮率小,廣泛應(yīng)用于機械、電子、航空、航天、化工、交通運輸、建筑等多個領(lǐng)域,應(yīng)用范圍十分廣泛。但是單純的環(huán)氧樹脂固化物也存在著脆性大、韌性差、易開裂的缺點,因而限制了它在一些特殊領(lǐng)域的使用。為了解決這一問題,目前已經(jīng)有諸多研究是對環(huán)氧樹脂進行改性,基本上為橡膠類彈性體改性,熱塑性樹脂改性、互穿網(wǎng)絡(luò)改性、無機納米材料改性和纖維改性等。但以上改性方法在提高環(huán)氧樹脂韌性的同時均導(dǎo)致了模量,強度,耐熱性,加工性能等其他方面性能的下降。
近年來,利用合成含剛棒狀(rigidrod)液晶基元的環(huán)氧化合物,即液晶環(huán)氧樹脂(lcer),在其固化反應(yīng)過程中,液晶易自發(fā)或沿外場方向取向,增加體系的有序度,并且可以通過固化反應(yīng)使這種有序不可逆的固定下來,形成局部有序的自增強結(jié)構(gòu),從而改善固化物的韌性,并賦予材料一些新的機械、熱、光電等性能。為了獲得高度有序結(jié)構(gòu)的液晶環(huán)氧樹脂固化物,液晶環(huán)氧樹脂固化反應(yīng)要在液晶相溫度區(qū)間的低端進行,固化反應(yīng)溫度過高會導(dǎo)致反應(yīng)速率加快,使分子鏈來不及充分調(diào)整形成有序排列,降低體系的有序度,最終影響到材料的性能。
由此可見,液晶環(huán)氧樹脂結(jié)合了液晶有序和網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)的特點,具有強度高、模量大、耐高溫以及線膨脹系數(shù)小的特點,因此液晶環(huán)氧樹脂改性的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料有望在高性能樹脂復(fù)合材料、特種涂料、電子包封材料和非線性光學(xué)材料中得到廣泛的應(yīng)用。
蒙脫土是一種天然的無機納米填充材料,具有獨特的層狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)。蒙脫土屬于2:1型三層結(jié)構(gòu)的黏土礦物,其單位晶胞有兩層硅氧四面體中間夾一層鋁氧八面體組成,四面體和八面體之間通過共用氧原子相連,形成了厚0.96nm,寬度與厚度比約100~1000,高度有序的準二維晶片,其晶胞平行疊置,多個這樣的晶片自發(fā)層疊堆積,形成了蒙脫土顆粒。
目前,對環(huán)氧樹脂/蒙脫土納米復(fù)合材料的研究是將納米級蒙脫土均勻分散在環(huán)氧樹脂基體中,利用蒙脫土大的表面積產(chǎn)生的表面效應(yīng)和界面效應(yīng),提高環(huán)氧樹脂的力學(xué)性能、耐熱性能和阻隔性能。
現(xiàn)有技術(shù)中,沈敏敏等對液晶環(huán)氧樹脂/蒙脫土納米復(fù)合材料的制備和固化反應(yīng)動力學(xué)進行了研究,其用帶有介晶基元的聯(lián)苯二酚二縮水甘油醚(bp)、4-氨基苯基磺酰胺(saa)和有機化蒙脫土(93a)采用澆鑄成模固化成型的方法制備出液晶環(huán)氧樹脂/蒙脫土納米復(fù)合材料,wrxd表明93a含量為2%時可以形成剝離型納米材料,10%形成插層性納米材料,5%時形成剝離和插層混合型的納米材料。蒙脫土的加入阻礙了液晶相的形成和液晶有序微區(qū)的排列,同時粘度增加,減小了反應(yīng)基團的碰撞幾率,增加了反應(yīng)難度,使反應(yīng)活化能增加(參考文獻:沈敏敏,呂滿庚,陳用烈,哈成勇.液晶環(huán)氧樹脂/蒙脫土納米復(fù)合材料的制備和固化反應(yīng)動力學(xué)研究[j].高分子學(xué)報,2005,(2):231~235)。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的是提供一種液晶環(huán)氧樹脂/蒙脫土復(fù)合材料及其制備方法,該復(fù)合材料具有高強度,高韌性的優(yōu)點,同時提高了阻隔性能,尺寸穩(wěn)定性以及阻燃性能。
一種液晶環(huán)氧樹脂/蒙脫土復(fù)合材料,由液晶環(huán)氧樹脂和有機化改性蒙脫土固化復(fù)合而成,其中,液晶環(huán)氧樹脂質(zhì)量為復(fù)合材料總質(zhì)量為85~99%,固化劑用量根據(jù)液晶環(huán)氧樹脂的環(huán)氧值確定,余量為有機化改性蒙脫土;
所述的固化劑用量為33~35phr。
所述的液晶環(huán)氧樹脂為環(huán)氧基團封端的席夫堿類和膽甾醇類的一種;
所述的環(huán)氧基團封端的席夫堿類液晶環(huán)氧樹脂,其分子結(jié)構(gòu)通式為:
其中,分子結(jié)構(gòu)通式中,x為端基帶有雙鍵的羧酸中,雙鍵官能團和羧基官能團間的分子骨架,具體結(jié)構(gòu)為以下中的一種:
其中,n為1~15的正整數(shù);當n為2~15的正整數(shù)時,可以為帶支鏈的線性結(jié)構(gòu);
分子結(jié)構(gòu)通式中,m的結(jié)構(gòu)通式為:
其中,r為氫、甲基、乙基、烷氧基中的一種;r`為無基團、苯環(huán)或聯(lián)苯中的一種;
所述的膽甾醇類液晶環(huán)氧樹脂的分子結(jié)構(gòu)通式為:
其中,分子結(jié)構(gòu)通式中,x為端基帶有雙鍵的酰氯中,雙鍵官能團和酰氯官能團間的分子骨架,具體結(jié)構(gòu)為以下中的一種:
其中,n為1~15的正整數(shù);當n為2~15的正整數(shù)時,可以為帶支鏈的線性結(jié)構(gòu);
其中,分子結(jié)構(gòu)通式中,g為甾醇中雙鍵環(huán)氧化的物質(zhì),具體為膽固醇雙鍵環(huán)氧化、7-脫氫膽固醇雙鍵環(huán)氧化或麥角固醇雙鍵環(huán)氧化的一種,其分子結(jié)構(gòu)式為:
所述的端基帶有雙鍵的羧酸可以采用端基為雙鍵的酰氯與羥基酸反應(yīng)制備。
所述的端基為雙鍵的酰氯的分子結(jié)構(gòu)通式為:
其中,分子結(jié)構(gòu)通式中,a為無基團,或
所述的羥基酸的分子結(jié)構(gòu)通式為oh-a′-cooh
其中,a`為
其中,n為1~15的正整數(shù),當n為2~15的正整數(shù)時,可以為帶支鏈的線性結(jié)構(gòu);優(yōu)選為4-(2-羥基乙氧基)-苯甲酸。
一種液晶環(huán)氧樹脂/蒙脫土復(fù)合材料的制備方法,包括以下步驟:
(一)液晶接枝蒙脫土的制備
按摩爾比,有機蒙脫土(m-clay)中的羧基官能團:液晶環(huán)氧樹脂中的環(huán)氧基團=1:(1~2)稱量原料,將m-clay加入溶劑中,超聲分散0.5~3h,得到分散的m-clay溶液,將液晶環(huán)氧樹脂加入溶劑中,得到液晶環(huán)氧樹脂溶液,向m-clay溶液中加入的液晶環(huán)氧樹脂溶液,超聲分散0.5~3h,得到混合溶液體系,向混合溶液體系中,加入催化量的正四丁基溴化銨,升溫至70~90℃反應(yīng)5~7h,反應(yīng)結(jié)束后,洗滌固體沉淀物,得到液晶接枝蒙脫土-溶劑淤漿(doacm-clay);
(二)液晶環(huán)氧樹脂/蒙脫土復(fù)合材料的制備
按液晶環(huán)氧樹脂/蒙脫土復(fù)合材料的原料配比,將液晶接枝蒙脫土-溶劑淤漿(doacm-clay)加入液晶環(huán)氧樹脂中,減壓脫除溶劑,加入固化劑,升溫至50~70℃,攪拌至透明后真空脫氣,澆注至模具中固化,得到液晶環(huán)氧樹脂/蒙脫土復(fù)合材料,其中,固化條件為100~140℃固化1~3h,150~180℃固化3~7h;
其中,
所述的步驟(一)中,所述的有機蒙脫土(m-clay)為對氨基苯甲酸改性后的有機蒙脫土。
所述的步驟(一)中,所述的溶劑為chcl3、四氫呋喃,丙酮,乙酸乙酯,n,n-二甲基甲酰胺中的一種,加入溶劑的種類根據(jù)液晶環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)的不同選取,加入量以充分溶解原料為準;
所述的步驟(一)中,所述的超聲,超聲頻率為25~40khz。
所述的步驟(一)中,所述的洗滌采用溶劑chcl3洗滌5~6次,目的是除去未反應(yīng)的液晶環(huán)氧樹脂,保證過濾時體系含有溶劑的蒙脫土不干燥。
所述的步驟(一)中,所述的液晶環(huán)氧樹脂為過量加入,目的在于保證m-clay中羧基官能團只與液晶環(huán)氧樹脂上一個環(huán)氧基團發(fā)生反應(yīng)且能夠反應(yīng)完全。
所述的步驟(二)中,所述的固化劑為對苯二胺(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)中的一種;
所述的步驟(二)中,所述的模具,原料為聚四氟乙烯、聚乙烯或聚丙烯中的一種。
所述的步驟(二)中,所述的攪拌,攪拌速率為3000~6000r/min。
所述的步驟(二)中,當所述的液晶環(huán)氧樹脂為環(huán)氧基團封端的席夫堿類液晶環(huán)氧樹脂時,其制備方法為:將端基帶有雙鍵的羧酸中的雙鍵環(huán)氧化,制得端基為環(huán)氧基團的羧酸,制備兩端帶有羥基的液晶基元,液晶基元的羥基與端基為環(huán)氧基團的羧酸的羧基進行酯化反應(yīng),制得的環(huán)氧基團封端的席夫堿類液晶環(huán)氧樹脂;其中,端基帶有雙鍵的羧酸可以采用端基為雙鍵的酰氯與羥基酸反應(yīng)制備;
所述的制備的環(huán)氧基團封端的席夫堿類液晶環(huán)氧樹脂,其反應(yīng)機理為:
所述的制備的環(huán)氧基團封端的席夫堿類液晶環(huán)氧樹脂的制備方法,具體包括以下步驟:
步驟1:端基帶有雙鍵的羧酸的制備
按摩爾比,羥基酸:端基為雙鍵的酰氯=1:1稱量原料;將羥基酸和端基為雙鍵的酰氯分別加入溶劑,得到相應(yīng)溶液;向羥基酸溶液中,持續(xù)攪拌下滴加端基為雙鍵酰氯的溶液,滴加完畢后,常溫反應(yīng)1~3h,然后回流反應(yīng)6~10h,去除溶劑后,將所得的粗產(chǎn)物重結(jié)晶,得到白色晶體a;
步驟2:雙鍵環(huán)氧化
按摩爾比,a:間氯過氧苯甲酸(mcpba)=1:(1~2)稱量原料,將a和mcpba分別溶于溶劑中,得到相應(yīng)的溶液;向a溶液中,持續(xù)攪拌下滴加mcpba溶液,滴加完后,攪拌回流10~60h,過濾,將所得的白色粗產(chǎn)物重結(jié)晶,得到白色固體b;
步驟3:液晶基元的合成
按摩爾比,對羥基苯類化合物:兩端為氨基的化合物=2:1稱量原料,將對羥基苯類化合物溶于溶劑中,持續(xù)攪拌下滴加兩端為氨基的化合物溶液后,持續(xù)攪拌下再滴加催化量的催化劑,滴加完畢后,回流反應(yīng)2~10h,冷卻,析出的黃色晶體進行過濾,重結(jié)晶,得到液晶基元;其中,所述的催化劑為濃鹽酸或?qū)谆交撬嶂械囊环N;
步驟4:環(huán)氧基團封端的席夫堿類液晶環(huán)氧樹脂的合成
按摩爾比,b:n,n'-二環(huán)己基碳二亞胺(dcc):液晶基元=2:(2.0~2.5):1稱量原料,將b和液晶基元分別溶于干燥的溶劑中,配制相應(yīng)的溶液,向b溶液中加入dcc和催化量的4-二甲氨基吡啶(dmap),攪拌0.5~2h后,在持續(xù)攪拌下滴加液晶基元的溶液,滴加完后,反應(yīng)10~40h,過濾,得到固體副產(chǎn)物1,3-二環(huán)己基脲(dcu)和濾液,將dcu除去;
將得到的濾液減壓蒸餾,除去溶劑,向剩余的液體中加入水中,將析出固體過濾,將粗產(chǎn)物重結(jié)晶,得到黃色晶體,即為環(huán)氧基團封端的席夫堿類液晶環(huán)氧樹脂。
其中,
所述的步驟1中,所述的溶劑為甲醇、乙醇、丙醇或四氫呋喃中的一種或幾種混合,當為幾種混合時,混合比例為任意比。
所述的溶劑的加入量以能充分溶解相應(yīng)原料為準。
所述的步驟1中,所述的重結(jié)晶,采用的溶劑為乙酸乙酯與乙醇的混合溶劑,按體積比,乙酸乙酯:乙醇=2:1。
所述的步驟2中,所述的溶劑為二氯甲烷。
所述的溶劑的加入量以能充分溶解相應(yīng)原料為準。
所述的步驟2中,所述的重結(jié)晶,采用的溶劑為乙酸乙酯與乙醇的混合溶劑或石油醚中的一種,當溶劑為混合溶劑時,混合比例為任意比。
所述的步驟3中,所述的溶劑為乙醇,所述的乙醇的加入量為以充分溶解原料為準;
所述的步驟3中,所述的重結(jié)晶的溶劑為乙醇。
所述的步驟3中,所述的對羥基苯類化合物為對羥基苯甲醛、對羥基苯乙酮、對羥基苯甲酮、對羥基苯甲酸甲酯或?qū)αu基苯甲酸乙酯中的一種。
所述的步驟3中,所述的兩端為氨基的化合物為水合肼、對苯二胺或聯(lián)苯二胺中的一種。
所述的步驟4中,所述的溶劑為dmf、四氫呋喃、乙腈、丙酮或乙酸乙酯中的一種或幾種混合,當為幾種混合時,混合比例為任意比。
所述的溶劑的加入量以能充分溶解相應(yīng)原料為準。
所述的步驟4中,所述的重結(jié)晶采用的溶劑為乙醇。
所述的步驟(二)中,當所述的液晶環(huán)氧樹脂為膽甾醇類液晶環(huán)氧樹脂時,端基為雙鍵的酰氯中的酰氯官能團和膽甾醇中的羥基在加入縛酸劑的條件下反應(yīng),生成的物質(zhì)再進行雙鍵的環(huán)氧化,制得膽甾醇類液晶環(huán)氧樹脂。
所述的膽甾醇類液晶環(huán)氧樹脂的制備方法,具體包括以下步驟:
(1)含雙鍵的膽甾醇酯(ac)的合成
按摩爾比,膽甾醇:端基為雙鍵的酰氯=1:(1~2)稱量原料,將膽甾醇溶于溶劑中,攪拌充分溶解后,加入無水碳酸鈉,滴加端基為雙鍵的酰氯,反應(yīng)2~10h,回流1~24h,加入乙醇沉淀,沉淀物重結(jié)晶,干燥,制得白色粉狀ac;
(2)膽甾醇類液晶環(huán)氧樹脂(oac)的合成
按摩爾比,ac:間氯過氧苯甲酸(mcpba)=1:(2~3)稱量原料,將ac和mcpba分別溶于溶劑中,得到相應(yīng)溶液,將mcpba溶液滴加入ac溶液中,滴加完畢后,反應(yīng)1~10h,回流反應(yīng)48h以上,產(chǎn)物除去溶劑后,洗滌,得到白色固體oac。
其中,
所述的步驟(1)中,所述的無水碳酸鈉為縛酸劑,加入質(zhì)量為膽固醇質(zhì)量的1%~5%。
所述的步驟(1)中,所述的溶劑為三氯甲烷,溶劑的加入量以充分溶解原料為準。
所述的步驟(1)中,所述的重結(jié)晶采用的溶劑為乙醇和甲苯的混合溶劑,溶劑的體積比優(yōu)選為,乙醇:甲苯=(1~5):1。
所述的步驟(2)中,所述的溶劑為二氯甲烷,二氯甲烷的加入量以充分溶解原料為準。
所述的步驟(2)中,所述的洗滌所用的溶劑為乙醇。
以上所述的催化量指的是催化劑質(zhì)量為被催化物料總質(zhì)量的5~15wt%。
以上所述的滴加,滴加速率為0.1~2.0ml/s。
本發(fā)明的一種液晶環(huán)氧樹脂/蒙脫土復(fù)合材料及其制備方法,相比于現(xiàn)有技術(shù),其有益效果在于:
1.本發(fā)明中的液晶環(huán)氧樹脂具有低的熔點以及寬廣的液晶區(qū)間,有助于在最終固化物中形成更多的液晶微區(qū),進而有利于復(fù)合材料性能的提高。
2.本發(fā)明的復(fù)合材料中,蒙脫土以納米尺度無規(guī)均一的分散在環(huán)氧樹脂基體中,最大限度地發(fā)揮了無機組分的納米尺寸效應(yīng),因而賦予材料優(yōu)異的性能。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
以下原料,除特殊說明均為市購。
實施例1
一種液晶環(huán)氧樹脂/蒙脫土復(fù)合材料,由環(huán)氧基團封端的席夫堿類液晶環(huán)氧樹脂和有機化改性蒙脫土固化復(fù)合而成,其中,環(huán)氧基團封端的席夫堿類液晶環(huán)氧樹脂質(zhì)量為復(fù)合材料總質(zhì)量為85%,固化劑4,4’-二氨基二苯砜(dds)的用量為33phr,余量為有機化改性蒙脫土;
一種環(huán)氧基團封端的席夫堿類液晶環(huán)氧樹脂為4-(2-環(huán)氧乙烷-2-甲酰氧基)乙氧基)-苯甲酸二甲基芐叉連氮酯(obdba),其分子結(jié)構(gòu)式為:
一種環(huán)氧基團封端的席夫堿類液晶環(huán)氧樹脂/蒙脫土復(fù)合材料的制備方法,包括以下步驟:
一、環(huán)氧基團封端的席夫堿類液晶環(huán)氧樹脂的制備方法,包括以下步驟:
步驟1:4-(2-丙烯酰氧乙氧基)-苯甲酸(a)的合成
按摩爾比,4-(2-羥基乙氧基)-苯甲酸:丙烯酰氯=1:1稱量原料;將4-(2-羥基乙氧基)-苯甲酸和丙烯酰氯分別加入thf中,得到相應(yīng)溶液;向4-(2-羥基乙氧基)-苯甲酸t(yī)hf溶液中,持續(xù)攪拌下以0.3ml/s的滴加速率滴加丙烯酰氯thf溶液,滴加完畢后,常溫反應(yīng)2h,然后回流反應(yīng)8h,蒸餾去除thf后,將所得的粗產(chǎn)物乙酸乙酯和乙醇的混合溶劑重結(jié)晶,得到白色晶體,即為4-(2-丙烯酰氧乙氧基)-苯甲酸;其中,按體積比,乙酸乙酯:乙醇=2:1;
制備的4-(2-丙烯酰氧乙氧基)-苯甲酸的熔點為123~125℃,產(chǎn)率為75%;
步驟2:4-(2-環(huán)氧乙烷-2-甲酰氧基)乙氧基)-苯甲酸的合成
按摩爾比,4-(2-丙烯酰氧乙氧基)-苯甲酸:間氯過氧苯甲酸(mcpba)=1:1.16稱量原料,將4-(2-丙烯酰氧乙氧基)-苯甲酸和間氯過氧苯甲酸(mcpba)分別溶于二氯甲烷中,得到相應(yīng)的溶液;向摩爾濃度為0.3mol/l的4-(2-丙烯酰氧乙氧基)-苯甲酸的二氯甲烷溶液中,持續(xù)攪拌下以2ml/s的滴加速率滴加摩爾濃度為0.24mol/l的mcpba的二氯甲烷的溶液,滴加完后,攪拌回流30h,過濾,將所得的白色粗產(chǎn)物用乙酸乙酯與乙醇的混合溶劑重結(jié)晶,得到白色固體,即為4-(2-環(huán)氧乙烷-2-甲酰氧基)乙氧基)-苯甲酸;其中,按體積比,乙酸乙酯:乙醇=2:1;
制得的4-(2-環(huán)氧乙烷-2-甲酰氧基)乙氧基)-苯甲酸的熔點為130~133℃,產(chǎn)率為83%。
步驟3:液晶基元4,4’-二羥基-α,α’-二甲基芐叉連氮的合成
按摩爾比,對羥基苯乙酮:水合肼=2:1稱量原料,將對羥基苯乙酮溶于乙醇中,得到摩爾濃度為0.4mol/l的對羥基苯乙酮溶液,持續(xù)攪拌下以0.6ml/s的滴加速率滴加水合肼,滴加完后,持續(xù)攪拌下滴加催化量的濃鹽酸,滴加濃鹽酸完畢后,回流反應(yīng)8h,冷卻,析出的黃色晶體進行過濾,用乙醇重結(jié)晶,得到4,4’-二羥基-α,α’-二甲基芐叉連氮;
制備的4,4’-二羥基-α,α’-二甲基芐叉連氮的熔點為225~229℃,產(chǎn)率為86%。
步驟4:液晶環(huán)氧樹脂4-(2-環(huán)氧乙烷-2-甲酰氧基)乙氧基)-苯甲酸二甲基芐叉連氮酯(obdba)的合成
按摩爾比,4-(2-環(huán)氧乙烷-2-甲酰氧基)乙氧基)-苯甲酸:n,n'-二環(huán)己基碳二亞胺(dcc):4,4’-二羥基-α,α’-二甲基芐叉連氮=2:2:1稱量原料,將4-(2-環(huán)氧乙烷-2-甲酰氧基)乙氧基)-苯甲酸和4,4’-二羥基-α,α’-二甲基芐叉連氮分別溶于干燥的dmf中,配制相應(yīng)的溶液,向摩爾濃度為0.1mol/l的4-(2-環(huán)氧乙烷-2-甲酰氧基)乙氧基)-苯甲酸溶液中加入dcc和催化量的4-二甲氨基吡啶(dmap),攪拌1h后,在持續(xù)攪拌下滴加摩爾濃度為0.2mol/l的4,4’-二羥基-α,α’-二甲基芐叉連氮溶液,滴加完后,室溫反應(yīng)24h,過濾,得到固體副產(chǎn)物1,3-二環(huán)己基脲(dcu)和濾液,將dcu除去;
將得到的濾液減壓蒸餾,除去dmf,向剩余的液體中加入水中,有固體析出,過濾,將粗產(chǎn)物加入乙醇重結(jié)晶,得到黃色晶體,即為4-(2-環(huán)氧乙烷-2-甲酰氧基)乙氧基)-苯甲酸二甲基芐叉連氮酯。
制備的4-(2-環(huán)氧乙烷-2-甲酰氧基)乙氧基)-苯甲酸二甲基芐叉連氮酯的熔點為108~110℃,產(chǎn)率為78%。
二、液晶環(huán)氧樹脂/蒙脫土復(fù)合材料的制備
(1)液晶接枝蒙脫土的制備
按摩爾比,有機蒙脫土(m-clay)中的羧基官能團:4-(2-環(huán)氧乙烷-2-甲酰氧基)乙氧基)-苯甲酸二甲基芐叉連氮酯(obdba)中的環(huán)氧基團=1:1.2稱量原料,將m-clay加入chcl3中,以超聲頻率為28khz超聲分散1h,得到質(zhì)量濃度為25g/l的m-clay的chcl3溶液,將obdda加入chcl3中,得到摩爾濃度為0.4mol/l的obdda的chcl3溶液,向m-clay溶液中加入的obdda溶液,超聲分散1h,得到混合溶液體系,向混合溶液體系中,加入催化量的正四丁基溴化銨,升溫至80℃反應(yīng)6h,反應(yīng)結(jié)束后將固體沉淀用chcl3洗滌5次,除去未反應(yīng)的obdda,得到液晶接枝蒙脫土-溶劑淤漿,其中,正四丁基溴化銨的加入量為混合溶液體系中原料質(zhì)量的5wt%;
(2)環(huán)氧基團封端的席夫堿類液晶環(huán)氧樹脂/蒙脫土納米復(fù)合材料的制備
將液晶接枝蒙脫土-溶劑淤漿加入制備的4-(2-環(huán)氧乙烷-2-甲酰氧基)乙氧基)-苯甲酸二甲基芐叉連氮酯(obdba)中,減壓蒸餾脫除chcl3,加入固化劑4,4’-二氨基二苯砜(dds),升溫至60℃,以攪拌速率3000r/min攪拌至透明后真空脫氣,澆注至聚四氟乙烯模具中進行固化,固化條件為140℃×2h,180℃×5h,固化后,制得環(huán)氧基團封端的席夫堿類液晶環(huán)氧樹脂/蒙脫土納米復(fù)合材料。
實施例2
一種液晶環(huán)氧樹脂/蒙脫土復(fù)合材料,由膽甾醇類液晶環(huán)氧樹脂和有機化改性蒙脫土固化復(fù)合而成,其中,膽甾醇類液晶環(huán)氧樹脂質(zhì)量為復(fù)合材料總質(zhì)量為99%,固化劑對苯二胺的用量為35phr,余量為有機化改性蒙脫土;
一種膽甾醇類液晶環(huán)氧樹脂的分子結(jié)構(gòu)式為:
一種液晶環(huán)氧樹脂/蒙脫土復(fù)合材料的制備方法,包括以下步驟:
一、膽甾醇類液晶環(huán)氧樹脂的制備,包括以下步驟:
步驟1:4-烯丙氧基苯甲酸膽甾醇酯(ac)的合成
按摩爾比,膽固醇:4-烯丙氧基苯甲酰氯=1:1稱量原料,將膽固醇溶于三氯甲烷中,攪拌充分溶解后,加入膽固醇質(zhì)量的5wt%的無水碳酸鈉,以滴加速率為0.1ml/s滴加4-烯丙氧基苯甲酰氯,反應(yīng)5h,回流3h,加入乙醇沉淀,沉淀物加入乙醇和甲苯重結(jié)晶,干燥,制得白色粉狀ac;其中,按體積比,乙醇:甲苯=2:1。
制得的4-烯丙氧基苯甲酸膽甾醇酯的熔點為114~118℃,產(chǎn)率為84%。
步驟2:液晶環(huán)氧樹脂4-(2-環(huán)氧乙烷-甲氧基)-苯甲酸環(huán)氧化膽甾醇酯(oac)的合成
按摩爾比,ac:間氯過氧苯甲酸(mcpba)=1:2稱量原料,將ac和mcpba分別溶于二氯甲烷中,得到相應(yīng)溶液,將mcpba溶液以0.3ml/s滴加速率滴加入ac溶液中,滴加完畢后,反應(yīng)2h,回流反應(yīng)48h,產(chǎn)物除去二氯甲烷后,加入乙醇洗滌3次,得到白色固體oac,即為膽甾醇類液晶環(huán)氧樹脂,其熔點為127~131℃,產(chǎn)率為80%。
二、液晶環(huán)氧樹脂/蒙脫土復(fù)合材料的制備,包括以下步驟:
(1)液晶接枝蒙脫土的制備
按摩爾比,有機蒙脫土(m-clay)中的羧基官能團:(4-(2-環(huán)氧乙烷-甲氧基)-苯甲酸環(huán)氧化膽甾醇酯(oac)中的環(huán)氧基團=1:1.5稱量原料,將m-clay加入三氯甲烷中,超聲頻率為25khz進行超聲分散1h,得到分散的m-clay溶液,將oac加入三氯甲烷中,得到oac溶液,向m-clay溶液中加入的oac溶液,超聲頻率為40khz進行超聲分散2h,得到混合溶液體系,向混合溶液體系中,加入催化量的正四丁基溴化銨,升溫至80℃反應(yīng)6h,反應(yīng)結(jié)束后將固體沉淀,用三氯甲烷洗滌6次除去未反應(yīng)的oac,得到液晶接枝蒙脫土-溶劑淤漿;
(2)膽甾醇類液晶環(huán)氧樹脂/蒙脫土復(fù)合材料的制備
按膽甾醇類液晶環(huán)氧樹脂/蒙脫土復(fù)合材料的原料配比,將液晶接枝蒙脫土-溶劑淤漿加入膽甾醇類液晶環(huán)氧樹脂中,50℃減壓脫除溶劑,加入固化劑對苯二胺(pda),升溫至60℃,以攪拌速率為6000r/min進行攪拌至透明后真空脫氣,澆注至聚四氟乙烯模具中進行固化,固化條件為120℃固化3h,150℃固化7h,固化后,制得膽甾醇類液晶環(huán)氧樹脂/蒙脫土復(fù)合材料。
實施例3
一種液晶環(huán)氧樹脂/蒙脫土復(fù)合材料,由環(huán)氧基團封端的席夫堿類液晶環(huán)氧樹脂和有機化改性蒙脫土固化復(fù)合而成,其中,環(huán)氧基團封端的席夫堿類液晶環(huán)氧樹脂質(zhì)量為復(fù)合材料總質(zhì)量為95%,固化劑對苯二胺的用量為33phr,余量為有機化改性蒙脫土;
一種環(huán)氧基團封端的席夫堿類液晶環(huán)氧樹脂為的分子結(jié)構(gòu)式為:
一種環(huán)氧基團封端的席夫堿類液晶環(huán)氧樹脂/蒙脫土復(fù)合材料的制備方法,包括以下步驟:
一、環(huán)氧基團封端的席夫堿類液晶環(huán)氧樹脂的制備方法,包括以下步驟:
步驟1:烯酸的環(huán)氧化
按摩爾比,十一烯酸:mcpba=1:1.5稱量原料,將十一烯酸和mcpba分別溶于二氯甲烷中,得到相應(yīng)的溶液;向摩爾濃度為0.5mol/l的十一烯酸的二氯甲烷溶液中,持續(xù)攪拌下以1ml/s的滴加速率滴加摩爾濃度為0.4mol/l的mcpba的二氯甲烷的溶液,滴加完后,攪拌回流48h,過濾,真空去除溶劑,將所得的白色粗產(chǎn)物加入石油醚萃取,用正己烷和乙酸乙酯混合溶液提純,得到白色固體環(huán)氧化烯酸,其中,按體積比,乙酸乙酯:乙醇=2:1;
步驟2:液晶基元的合成
按摩爾比,對羥基苯甲醛:對苯二胺=2:1稱量原料,將對羥基苯甲醛和對苯二胺分別溶于乙醇中,得到相應(yīng)的溶液;向摩爾濃度為0.3mol/l的對羥基苯甲醛的乙醇溶液中,持續(xù)攪拌下以2ml/s的滴加速率滴加摩爾濃度為0.24mol/l的對苯二胺的乙醇的溶液,滴加完后,持續(xù)攪拌下滴加催化量的對甲基苯磺酸,滴加完畢后,回流反應(yīng)6h,冷卻,析出的黃色晶體進行過濾,用乙醇重結(jié)晶,得到液晶基元;
步驟3:環(huán)氧基團封端的席夫堿類的液晶環(huán)氧樹脂的合成
按摩爾比,環(huán)氧化烯酸:n,n'-二環(huán)己基碳二亞胺(dcc):液晶基元=2:2:1稱量原料,將環(huán)氧化烯酸和液晶基元分別溶于干燥的dmf中,配制相應(yīng)的溶液,向摩爾濃度為0.1mol/l的環(huán)氧化烯酸dmf溶液中加入dcc和催化量的4-二甲氨基吡啶(dmap),攪拌1h后,在持續(xù)攪拌下滴加摩爾濃度為0.2mol/l的液晶基元的dmf溶液,滴加完后,室溫反應(yīng)24h,過濾,得到固體副產(chǎn)物1,3-二環(huán)己基脲(dcu)和濾液,將dcu除去;
將得到的濾液減壓蒸餾,除去dmf,向剩余的液體中加入水中,有固體析出,過濾,將粗產(chǎn)物加入乙醇重結(jié)晶,得到黃色晶體,即為環(huán)氧基團封端的席夫堿類的液晶環(huán)氧樹脂。
制備的環(huán)氧基團封端的席夫堿類的液晶環(huán)氧樹脂的熔點為128~130℃,產(chǎn)率為70%。
二、液晶環(huán)氧樹脂/蒙脫土復(fù)合材料的制備
(1)液晶接枝蒙脫土的制備
按摩爾比,有機蒙脫土(m-clay)中的羧基官能團:上一步所合成的液晶環(huán)氧樹脂中的環(huán)氧基團=1:1.2稱量原料,將m-clay加入chcl3中,以超聲頻率為28khz超聲分散1h,得到質(zhì)量濃度為25g/l的m-clay的chcl3溶液,將液晶環(huán)氧樹脂加入thf中,得到摩爾濃度為0.4mol/l的液晶環(huán)氧樹脂的thf溶液,向m-clay溶液中加入的液晶環(huán)氧樹脂溶液,超聲分散1h,得到混合溶液體系,向混合溶液體系中,加入催化量的正四丁基溴化銨,升溫至80℃反應(yīng)6h,反應(yīng)結(jié)束后將固體沉淀用chcl3洗滌5次,除去未反應(yīng)的液晶環(huán)氧樹脂,得到液晶接枝蒙脫土-溶劑淤漿,其中,正四丁基溴化銨的加入量為混合溶液體系中原料質(zhì)量的5wt%;
(2)環(huán)氧基團封端的席夫堿類液晶環(huán)氧樹脂/蒙脫土納米復(fù)合材料的制備
將液晶接枝蒙脫土-溶劑淤漿加入制備的第一步合成的環(huán)氧基團封端的席夫堿類液晶環(huán)氧樹脂中,減壓蒸餾脫除chcl3,加入固化劑對苯二胺(pda),升溫至60℃,以攪拌速率5000r/min攪拌至透明后真空脫氣,澆注至聚四氟乙烯模具中進行固化,固化條件為:140℃×2h,180℃×5h,固化后,制得環(huán)氧基團封端的席夫堿類液晶環(huán)氧樹脂/蒙脫土納米復(fù)合材料。
實施例4
一種液晶環(huán)氧樹脂/蒙脫土復(fù)合材料,由膽甾醇類液晶環(huán)氧樹脂和有機化改性蒙脫土固化復(fù)合而成,其中,膽甾醇類液晶環(huán)氧樹脂質(zhì)量為復(fù)合材料總質(zhì)量為96%,固化劑對苯二胺的用量為34phr,余量為有機化改性蒙脫土;
一種膽甾醇類液晶環(huán)氧樹脂的分子結(jié)構(gòu)式為:
一種液晶環(huán)氧樹脂/蒙脫土復(fù)合材料的制備方法,包括以下步驟:
一、膽甾醇類液晶環(huán)氧樹脂的制備,包括以下步驟:
步驟1:4-酰氯-苯基十一碳-10-烯酸膽甾醇酯的合成
按摩爾比,7-脫氫膽固醇:4-酰氯-苯基十一碳-10-烯酸酯=1:2稱量原料,將7-脫氫膽固醇溶于三氯甲烷中,攪拌充分溶解后,加入7-脫氫膽固醇質(zhì)量的1wt%的無水碳酸鈉,以滴加速率為2.0ml/s滴加4-酰氯-苯基十一碳-10-烯酸酯,反應(yīng)2h,回流24h,加入乙醇沉淀,沉淀物加入乙醇和甲苯重結(jié)晶,干燥,制得白色粉狀物;其中,按體積比,乙醇:甲苯=5:1。
制得的4-酰氯-苯基十一碳-10-烯酸膽甾醇酯的產(chǎn)率為86%。
步驟2:液晶環(huán)氧樹脂的合成
按摩爾比,4-酰氯-苯基十一碳-10-烯酸膽甾醇酯:間氯過氧苯甲酸(mcpba)=1:3稱量原料,將4-酰氯-苯基十一碳-10-烯酸膽甾醇酯和mcpba分別溶于二氯甲烷中,得到相應(yīng)溶液,將mcpba溶液以0.6ml/s滴加速率滴加入4-酰氯-苯基十一碳-10-烯酸膽甾醇酯溶液中,滴加完畢后,反應(yīng)1h,回流反應(yīng)48h,產(chǎn)物除去二氯甲烷后,加入乙醇洗滌3次,得到白色固體,即為膽甾醇類液晶環(huán)氧樹脂,產(chǎn)率為82%。
二、液晶環(huán)氧樹脂/蒙脫土復(fù)合材料的制備,包括以下步驟:
(1)液晶接枝蒙脫土的制備
按摩爾比,有機蒙脫土(m-clay)中的羧基官能團:步驟一制備的膽甾醇類液晶環(huán)氧樹脂中的環(huán)氧基團=1:2稱量原料,將m-clay加入三氯甲烷中,超聲頻率為40khz進行超聲分散0.5h,得到分散的m-clay溶液,將膽甾醇類液晶環(huán)氧樹脂加入三氯甲烷中,得到膽甾醇類液晶環(huán)氧樹脂溶液,向m-clay溶液中加入的膽甾醇類液晶環(huán)氧樹脂溶液,超聲頻率為25khz進行超聲分散3h,得到混合溶液體系,向混合溶液體系中,加入催化量的正四丁基溴化銨,升溫至90℃反應(yīng)5h,反應(yīng)結(jié)束后將固體沉淀,用三氯甲烷洗滌6次除去未反應(yīng)的膽甾醇類液晶環(huán)氧樹脂,得到液晶接枝蒙脫土-溶劑淤漿;
(2)膽甾醇類液晶環(huán)氧樹脂/蒙脫土復(fù)合材料的制備
按膽甾醇類液晶環(huán)氧樹脂/蒙脫土復(fù)合材料的原料配比,將液晶接枝蒙脫土-溶劑淤漿(doacm-clay)加入膽甾醇類液晶環(huán)氧樹脂中,50℃減壓脫除溶劑,加入固化劑對苯二胺(pda),升溫至50℃,以攪拌速率為3000r/min進行攪拌至透明后真空脫氣,澆注至聚四氟乙烯模具中進行固化,固化條件為100℃固化3h,150℃固化7h,固化后,制得膽甾醇類液晶環(huán)氧樹脂/蒙脫土復(fù)合材料。
實施例5
一種液晶環(huán)氧樹脂/蒙脫土復(fù)合材料,由膽甾醇類液晶環(huán)氧樹脂和有機化改性蒙脫土固化復(fù)合而成,其中,膽甾醇類液晶環(huán)氧樹脂質(zhì)量為復(fù)合材料總質(zhì)量為89%,固化劑4,4’-二氨基二苯甲烷(ddm)的用量為34phr,余量為有機化改性蒙脫土;
一種膽甾醇類液晶環(huán)氧樹脂的分子結(jié)構(gòu)式為:
一種液晶環(huán)氧樹脂/蒙脫土復(fù)合材料的制備方法,包括以下步驟:
一、膽甾醇類液晶環(huán)氧樹脂的制備,包括以下步驟:
步驟1:4-(2-環(huán)氧乙烷-2-甲酰氧基)乙氧基)-苯甲酸膽甾醇酯的合成
按摩爾比,麥角固醇:4-(2-環(huán)氧乙烷-2-甲酰氧基)乙氧基)-對苯酰氯=1:1.5稱量原料,將麥角固醇溶于三氯甲烷中,攪拌充分溶解后,加入7-脫氫膽固醇質(zhì)量的1wt%的無水碳酸鈉,以滴加速率為2.0ml/s滴加4-(2-環(huán)氧乙烷-2-甲酰氧基)乙氧基)-對苯酰氯,反應(yīng)10h,回流1h,加入乙醇沉淀,沉淀物加入乙醇和甲苯重結(jié)晶,干燥,制得白色粉狀物;其中,按體積比,乙醇:甲苯=1:1。
制得的4-(2-環(huán)氧乙烷-2-甲酰氧基)乙氧基)-苯甲酸膽甾醇酯的產(chǎn)率為83%。
步驟2:液晶環(huán)氧樹脂的合成
按摩爾比,4-(2-環(huán)氧乙烷-2-甲酰氧基)乙氧基)-苯甲酸膽甾醇酯:間氯過氧苯甲酸(mcpba)=1:2.6稱量原料,將4-(2-環(huán)氧乙烷-2-甲酰氧基)乙氧基)-苯甲酸膽甾醇酯和mcpba分別溶于二氯甲烷中,得到相應(yīng)溶液,將mcpba溶液以0.6ml/s滴加速率滴加入4-(2-環(huán)氧乙烷-2-甲酰氧基)乙氧基)-苯甲酸膽甾醇酯溶液中,滴加完畢后,反應(yīng)10h,回流反應(yīng)48h,產(chǎn)物除去二氯甲烷后,加入乙醇洗滌3次,得到白色固體,即為膽甾醇類液晶環(huán)氧樹脂,產(chǎn)率為82%。
二、液晶環(huán)氧樹脂/蒙脫土復(fù)合材料的制備,包括以下步驟:
(1)液晶接枝蒙脫土的制備
按摩爾比,有機蒙脫土(m-clay)中的羧基官能團:步驟一制備的膽甾醇類液晶環(huán)氧樹脂中的環(huán)氧基團=1:2稱量原料,將m-clay加入三氯甲烷中,超聲頻率為40khz進行超聲分散3h,得到分散的m-clay溶液,將膽甾醇類液晶環(huán)氧樹脂加入三氯甲烷中,得到膽甾醇類液晶環(huán)氧樹脂溶液,向m-clay溶液中加入的膽甾醇類液晶環(huán)氧樹脂溶液,超聲頻率為25khz進行超聲分散0.5h,得到混合溶液體系,向混合溶液體系中,加入催化量的正四丁基溴化銨,升溫至70℃反應(yīng)7h,反應(yīng)結(jié)束后將固體沉淀,用三氯甲烷洗滌5次除去未反應(yīng)的膽甾醇類液晶環(huán)氧樹脂,得到液晶接枝蒙脫土-溶劑淤漿;
(2)膽甾醇類液晶環(huán)氧樹脂/蒙脫土復(fù)合材料的制備
按膽甾醇類液晶環(huán)氧樹脂/蒙脫土復(fù)合材料的原料配比,將液晶接枝蒙脫土-溶劑淤漿(doacm-clay)加入膽甾醇類液晶環(huán)氧樹脂中,50℃減壓脫除溶劑,加入固化劑4,4’-二氨基二苯甲烷(ddm),升溫至70℃,以攪拌速率為5000r/min進行攪拌至透明后真空脫氣,澆注至聚四氟乙烯模具中進行固化,固化條件為140℃固化1h,180℃固化3h,固化后,制得膽甾醇類液晶環(huán)氧樹脂/蒙脫土復(fù)合材料。
實施例6
一種液晶環(huán)氧樹脂/蒙脫土復(fù)合材料,由環(huán)氧基團封端的席夫堿類液晶環(huán)氧樹脂和有機化改性蒙脫土固化復(fù)合而成,其中,環(huán)氧基團封端的席夫堿類液晶環(huán)氧樹脂質(zhì)量為復(fù)合材料總質(zhì)量為92%,固化劑4,4’-二氨基二苯醚(dde)的用量為33phr,余量為有機化改性蒙脫土;
一種環(huán)氧基團封端的席夫堿類液晶環(huán)氧樹脂為的分子結(jié)構(gòu)式為:
一種環(huán)氧基團封端的席夫堿類液晶環(huán)氧樹脂/蒙脫土復(fù)合材料的制備方法,包括以下步驟:
一、環(huán)氧基團封端的席夫堿類液晶環(huán)氧樹脂的制備方法,包括以下步驟:
步驟1:烯酸的環(huán)氧化
按摩爾比,棕櫚油酸:mcpba=1:2稱量原料,將棕櫚油酸和mcpba分別溶于二氯甲烷中,得到相應(yīng)的溶液;向摩爾濃度為0.5mol/l的棕櫚油酸的二氯甲烷溶液中,持續(xù)攪拌下以1ml/s的滴加速率滴加摩爾濃度為0.4mol/l的mcpba的二氯甲烷的溶液,滴加完后,攪拌回流10h,過濾,真空去除溶劑,將所得的白色粗產(chǎn)物加入石油醚萃取,用正己烷和乙酸乙酯混合溶液提純,得到白色固體環(huán)氧化烯酸,其中,按體積比,乙酸乙酯:乙醇=2:1;
步驟2:液晶基元的合成
按摩爾比,對羥基苯甲酸甲酯:聯(lián)苯二胺=2:1稱量原料,將對羥基苯甲酸甲酯和聯(lián)苯二胺分別溶于乙醇中,得到相應(yīng)的溶液;向摩爾濃度為0.3mol/l的對羥基苯甲酸甲酯的乙醇溶液中,持續(xù)攪拌下以2ml/s的滴加速率滴加摩爾濃度為0.3mol/l的聯(lián)苯二胺的乙醇的溶液,滴加完后,持續(xù)攪拌下滴加催化量的濃鹽酸(36wt%),滴加完畢后,回流反應(yīng)2h,冷卻,析出的晶體進行過濾,用乙醇重結(jié)晶,得到液晶基元;
步驟3:環(huán)氧基團封端的席夫堿類的液晶環(huán)氧樹脂的合成
按摩爾比,環(huán)氧化烯酸:n,n'-二環(huán)己基碳二亞胺(dcc):液晶基元=2:2.5:1稱量原料,將環(huán)氧化烯酸和液晶基元分別溶于干燥的thf中,配制相應(yīng)的溶液,向摩爾濃度為0.1mol/l的環(huán)氧化烯酸t(yī)hf溶液中加入dcc和催化量的4-二甲氨基吡啶(dmap),攪拌0.5h后,在持續(xù)攪拌下滴加摩爾濃度為0.2mol/l的液晶基元的thf溶液,滴加完后,室溫反應(yīng)10h,過濾,得到固體副產(chǎn)物1,3-二環(huán)己基脲(dcu)和濾液,將dcu除去;
將得到的濾液減壓蒸餾,除去thf,向剩余的液體中加入水中,有固體析出,過濾,將粗產(chǎn)物加入乙醇重結(jié)晶,得到晶體,即為環(huán)氧基團封端的席夫堿類的液晶環(huán)氧樹脂。
制備的環(huán)氧基團封端的席夫堿類的液晶環(huán)氧樹脂的產(chǎn)率為75%。
二、液晶環(huán)氧樹脂/蒙脫土復(fù)合材料的制備
(1)液晶接枝蒙脫土的制備
按摩爾比,有機蒙脫土(m-clay)中的羧基官能團:上一步所合成的液晶環(huán)氧樹脂中的環(huán)氧基團=1:1.2稱量原料,將m-clay加入dmf中,以超聲頻率為28khz超聲分散2h,得到質(zhì)量濃度為25g/l的m-clay的dmf溶液,將液晶環(huán)氧樹脂加入dmf中,得到摩爾濃度為0.4mol/l的液晶環(huán)氧樹脂的dmf溶液,向m-clay溶液中加入的液晶環(huán)氧樹脂溶液,超聲分散2h,得到混合溶液體系,向混合溶液體系中,加入催化量的正四丁基溴化銨,升溫至85℃反應(yīng)5h,反應(yīng)結(jié)束后將固體沉淀用chcl3洗滌5次,除去未反應(yīng)的液晶環(huán)氧樹脂,得到液晶接枝蒙脫土-溶劑淤漿,其中,正四丁基溴化銨的加入量為混合溶液體系中原料質(zhì)量的5wt%;
(2)環(huán)氧基團封端的席夫堿類液晶環(huán)氧樹脂/蒙脫土納米復(fù)合材料的制備
將液晶接枝蒙脫土-溶劑淤漿加入制備的第一步合成的環(huán)氧基團封端的席夫堿類液晶環(huán)氧樹脂中,減壓蒸餾脫除dmf,加入固化劑4,4’-二氨基二苯醚(dde),升溫至60℃,以攪拌速率4000r/min攪拌至透明后真空脫氣,澆注至聚四氟乙烯模具中進行固化,固化條件為140℃×2h,180℃×5h,固化后,制得環(huán)氧基團封端的席夫堿類液晶環(huán)氧樹脂/蒙脫土納米復(fù)合材料。