一種改性納米氧化鋅/環氧樹脂復合材料及其制備方法與流程

本發明涉及一種環氧樹脂基復合材料。

背景技術：

環氧樹脂具有優異的機械性能、電絕緣性、化學穩定性，以及收縮率低、易成型加工和成本低廉等優點，在機械化工、電子電氣和航空航天等領域得到廣泛應用。然而，環氧樹脂固化物的抗紫外老化性和拉伸強度差，為進一步拓展環氧樹脂在發光二極管封裝材料、電子封裝材料和文物保護加固材料等要求抗紫外老化、低熱膨脹系數并具有良好力學性能場合的應用，提升環氧樹脂的紫外屏蔽性能和拉伸強度是技術關鍵。

納米氧化鋅(zno)具有優異的紫外屏蔽性能，其紫外屏蔽作用主要通過吸收和散射來實現的，并通過熒光效應而表現出來。目前，納米zno作為紫外吸收材料已經在涂料、化妝品等行業得到了廣泛應用。然而，納米zno比表面積大、表面能高，極易在聚合物樹脂基體內形成團聚體，難以真正實現其紫外屏蔽效應和納米增強功能的發揮，使其應用受限。

技術實現要素：

為了克服現有技術環氧樹脂固化物紫外屏蔽性能和拉伸強度的不足，本發明提供一種改性納米氧化鋅/環氧樹脂復合材料，以聚多巴胺(pda)表面功能化改性的納米氧化鋅(zno)為紫外屏蔽改性劑，可以在提高環氧樹脂固化物紫外屏蔽性能的同時提高其拉伸強度。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種改性納米氧化鋅/環氧樹脂復合材料，其組分包括63～78重量份的環氧樹脂、1～20重量份的納米氧化鋅(zno)、17～21重量份的固化劑ek3402、0.1～2重量份的聚多巴胺(pda)、0.3～6重量份的三羥甲基氨基甲烷和0.01～0.2重量份的鹽酸。

本發明還提供一種上述改性納米氧化鋅/環氧樹脂復合材料的制備方法，包括以下步驟：

(a)將1～20重量份的zno加入到250～5000重量份摩爾濃度為0.01摩爾/升的三羥甲基氨基甲烷溶液中，用0.1～2重量份摩爾濃度為0.1摩爾/升的鹽酸調節溶液ph至8.5；機械攪拌并且超聲，使zno分散均勻；繼續機械攪拌且超聲，加入0.5～10重量份的多巴胺，反應6h；經蒸餾水沖洗干凈后，放入60℃烘箱中真空干燥12h，冷卻至室溫后，制得pda改性zno，即t-zno；

(b)將1～20重量份的t-zno加入到63～78重量份的環氧樹脂中，室溫靜置12h；然后機械攪拌1h，加入17～21重量份的固化劑ek3402，繼續機械攪拌2～3h，澆注到120℃預熱模具中進行固化，后處理3h，冷卻至室溫開模即得改性納米氧化鋅/環氧樹脂復合材料。

所述的步驟(a)在25℃下以600rpm的轉速機械攪拌并且以300w的功率超聲20min，使zno分散均勻；然后繼續以200rpm的轉速機械攪拌并且以300w的功率超聲20min，加入0.5～10重量份的多巴胺。

所述的步驟(b)在25℃下以600rpm的轉速機械攪拌1h，加入17～21重量份的固化劑ek3402，繼續在70℃下以200rpm的轉速機械攪拌2～3h。

所述的步驟(b)固化工藝包括100℃處理1h、120℃處理2h和150℃處理4h，再在190℃后處理3h。

本發明的有益結果是：由于采用pda表面功能化改性的納米zno(t-zno)為紫外屏蔽改性劑，解決了納米zno在環氧樹脂基體中易團聚的問題，且納米zno表面pda的引入使t-zno與環氧樹脂基體具有更好的界面相容性，實現了環氧樹脂固化物的熒光效應，同時使拉伸強度明顯提高，拉伸強度由現有技術的70.8mpa提高到93.9mpa～106.7mpa之間。

附圖說明

圖1是實施例1所制備的改性納米氧化鋅/環氧樹脂復合材料的熒光效應示意圖；

圖2是實施例2所制備的改性納米氧化鋅/環氧樹脂復合材料的熒光效應示意圖；

圖3是實施例3所制備的改性納米氧化鋅/環氧樹脂復合材料的熒光效應示意圖；

圖4是實施例5所制備的改性納米氧化鋅/環氧樹脂復合材料的熒光效應示意圖；

圖5是實施例5所制備的改性納米氧化鋅/環氧樹脂復合材料的熒光效應示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明，本發明包括但不僅限于下述實施例。

本發明提供一種改性納米氧化鋅/環氧樹脂復合材料，其組分包括63～78重量份的環氧樹脂、1～20重量份的納米氧化鋅(zno)、17～21重量份的固化劑(ek3402)、0.1～2重量份的聚多巴胺(pda)、0.3～6重量份的三羥甲基氨基甲烷和0.01～0.2重量份的鹽酸。

本發明提供一種改性納米氧化鋅/環氧樹脂復合材料的制備方法，其特點是包括下述步驟：

(a)將1～20重量份的zno加入到250～5000重量份的摩爾濃度為0.01摩爾/升的三羥甲基氨基甲烷溶液中，用0.1～2重量份的0.1摩爾/升的鹽酸調節溶液ph至8.5。機械攪拌(25℃/20min)并且超聲(300w/25℃/20min)，使zno分散均勻；繼續機械攪拌(200rpm/25℃/20min)且超聲(300w/25℃/20min)，加入0.5～10重量份的多巴胺，反應6h。再經蒸餾水沖洗干凈后，放入60℃烘箱中真空干燥12h，冷卻至室溫后，制得pda改性zno(t-zno)。

(b)將1～20重量份的步驟(a)的t-zno加入到63～78重量份的環氧樹脂中，室溫靜置12h。然后機械攪拌(600rpm/25℃)1h，加入17～21重量份的固化劑(ek3402)，繼續機械攪拌(200rpm/70℃)2～3h，澆注到在120℃預熱模具中，按100℃/1h+120℃/2h+150℃/4h工藝固化，再在190℃后處理3h，冷卻至室溫開模即得改性納米氧化鋅/環氧樹脂復合材料。

實施例1，將1重量份zno放入250重量份摩爾濃度為0.01摩爾/升的三羥甲基氨基甲烷溶液中，用0.1重量份0.1摩爾/升的鹽酸調節溶液ph至8.5。然后機械攪拌(25℃/20min)并且超聲(300w/25℃/20min)，使zno分散均勻。隨后加入0.5重量份多巴胺，繼續反應6h。再經抽濾、水洗后在60℃烘箱中真空干燥12h，得灰白色粉末t-zno；將t-zno加入到78重量份的環氧樹脂中，室溫靜置12h。機械攪拌(600rpm/25℃)1h，然后加入21重量份固化劑，繼續機械攪拌(200rpm/70℃)2h，澆注到在120℃預熱模具中，按100℃/1h+120℃/2h+150℃/4h工藝固化，再在190℃后處理3h，冷卻至室溫開模即得改性納米氧化鋅/環氧樹脂復合材料。

經測試，所制備的改性納米氧化鋅/環氧樹脂復合材料具有明顯的熒光效應(圖1)和優異的拉伸性能(拉伸強度為94.9mpa，楊氏模量為24.0gpa)。

實施例2，將20重量份zno放入5000重量份摩爾濃度為0.01摩爾/升的三羥甲基氨基甲烷溶液中，用2重量份0.1摩爾/升的鹽酸調節溶液ph至8.5。然后攪拌(25℃/20min)并且超聲(300w/25℃/20min)，使zno分散均勻。隨后加入10重量份多巴胺，繼續反應6h。再經抽濾、水洗后在60℃烘箱中真空干燥12h，得灰白色粉末t-zno；將t-zno加入到63重量份的環氧樹脂中，室溫靜置12h。機械攪拌(600rpm/25℃)1h，然后加入17重量份固化劑，繼續機械攪拌(200rpm/70℃)3h，澆注到在120℃預熱模具中，按100℃/1h+120℃/2h+150℃/4h工藝固化，再在190℃后處理3h，冷卻至室溫開模即得改性納米氧化鋅/環氧樹脂復合材料。

經測試，所制備的改性納米氧化鋅/環氧樹脂復合材料具有明顯的熒光效應(圖2)和優異的拉伸性能(拉伸強度為93.9mpa，楊氏模量為2.28gpa)。

實施例3，將5重量份zno放入1250重量份摩爾濃度為0.01摩爾/升的三羥甲基氨基甲烷溶液中，用0.5重量份0.1摩爾/升的鹽酸調節溶液ph至8.5。然后攪拌(25℃/20min)并且超聲(300w/25℃/20min)，使zno分散均勻。隨后加入2.5重量份多巴胺，繼續反應6h。再經抽濾、水洗后在60℃烘箱中真空干燥12h，得灰白色粉末t-zno；將t-zno加入到75重量份的環氧樹脂中，室溫靜置12h。機械攪拌(600rpm/25℃)1h，然后加入20重量份固化劑，繼續機械攪拌(200rpm/70℃)2.5h，澆注到在120℃預熱模具中，按100℃/1h+120℃/2h+150℃/4h工藝固化，再在190℃后處理3h，冷卻至室溫開模即得改性納米氧化鋅/環氧樹脂復合材料。

經測試，所制備的改性納米氧化鋅/環氧樹脂復合材料具有明顯的熒光效應(圖3)和優異的拉伸性能(拉伸強度為106.7mpa，楊氏模量為2.63gpa)。

實施例4，將10重量份zno放入2500重量份摩爾濃度為0.01摩爾/升的三羥甲基氨基甲烷溶液中，用1重量份0.1摩爾/升的鹽酸調節溶液ph至8.5。然后攪拌(25℃/20min)并且超聲(300w/25℃/20min)，使zno分散均勻。隨后加入5重量份多巴胺，繼續反應6h。再經抽濾、水洗后在60℃烘箱中真空干燥12h，得灰白色粉末t-zno；將t-zno加入到71重量份的環氧樹脂中，室溫靜置12h。機械攪拌(600rpm/25℃)1h，然后加入19重量份固化劑，繼續機械攪拌(200rpm/70℃)2.5h，澆注到在120℃預熱模具中，按100℃/1h+120℃/2h+150℃/4h工藝固化，再在190℃后處理3h，冷卻至室溫開模即得改性納米氧化鋅/環氧樹脂復合材料。

經測試，所制備的改性納米氧化鋅/環氧樹脂復合材料具有明顯的熒光效應(圖4)和優異的拉伸性能(拉伸強度為101.9mpa，楊氏模量為2.51gpa)。

實施例5，將15重量份zno放入3750重量份摩爾濃度為0.01摩爾/升的三羥甲基氨基甲烷(tris)溶液中，用1.5重量份0.1摩爾/升的鹽酸調節溶液ph至8.5。然后攪拌(25℃/20min)并且超聲(300w/25℃/20min)，使zno分散均勻。隨后加入7.5重量份多巴胺，繼續反應6h。再經抽濾、水洗后在60℃烘箱中真空干燥12h，得灰白色粉末t-zno；將t-zno加入到67重量份的環氧樹脂中，室溫靜置12h。機械攪拌(600rpm/25℃)1h，然后加入18重量份固化劑，繼續機械攪拌(200rpm/70℃)2.6h，澆注到在120℃預熱模具中，按100℃/1h+120℃/2h+150℃/4h工藝固化，再在190℃后處理3h，冷卻至室溫開模即得改性納米氧化鋅/環氧樹脂復合材料。

經測試，所制備的改性納米氧化鋅/環氧樹脂復合材料具有明顯的熒光效應(圖5)和優異的拉伸性能(拉伸強度為95.5mpa，楊氏模量為2.43gpa)。