专利名称：一种新型含poss的纳米杂化增强剂的合成的制作方法
技术领域：
一种新型含POSS的纳米杂化增强剂的合成，涉及了一种无机纳米粒子与有机物杂化体系的制备，属于新材料技术领域。前言有机-无机纳米复合材料是指分散相尺寸至少有一维小于IOOnm量级的复合材料。这种材料是有机相和无机相在纳米范围内复合而成。由于两相之间界面面积非常大，且存在界面间的化学结合，因此具有理想的粘接性能。近年来，有机高分子与无机材料的复合研究引起了人们的极大兴趣，通过有机和无机组分间的协同作用，可使材料表现出具有有机高分子材料和无机功能材料的综合性能。无机组分在纳米尺度上的均勻分布，可进一步优化材料组分间的相互作用，使材料的性能得以更有效地提高。无机/有机杂化材料、特别是高分子/无机纳米复合材料的研究，已经成为高分子材料学研究中最活跃的领域之一。笼型八聚硅倍半氧烷(简称P0SS)是一类由Si-O的联接物为内部骨架、外部连接有机基团的纳米级三维体系，直径为1 3nm。近年来由于笼型倍半硅氧烷的结构特点，使其在制备新的有机-无机纳米复合材料，并将其应用到航天航空、塑料改性、医学上得到广泛应用。环氧树脂具有广泛的用途，但是存在韧性差的缺点。近年来有很多关于环氧树脂增韧的研究。用含POSS结构的无机/有机杂化物对环氧树脂的增韧改性，效果显著，是很有发展前途的一个方向。
发明内容
本发明提供一种含POSS的有机/无机杂化物的合成方法。用笼型八聚-氨丙基硅倍半氧烷和3- (N, N- 二乙氨基)环氧丙烷为原料，通过氨基与环氧基团的开环反应，合成了一种新型含POSS的无机/有机纳米杂化、具有星型结构的化合物。将该杂化物添加到环氧树脂E-51中进行改性，所得环氧树脂固化物抗冲击强度、抗拉伸强度和断裂伸长率得到增强。杂化物的合成方法步骤简单、反应条件温和，非常易于工业化。本发明的技术方案先以Y-氨丙基三乙氧基硅烷为起始原料合成笼型八聚-氨丙基硅倍半氧烷，再以环氧氯丙烷和二乙胺反应合成3_(N，N-二乙氨基)环氧丙烷。再称取合成的笼型八聚-氨丙基硅倍半氧烷4. 4g溶于SOmL甲醇，然后在搅拌条件下缓慢滴加到装有12. 9g的3- (N, N- 二乙氨基)环氧丙烷的三口烧瓶中，升温至70°C，使反应体系处于回流状态，反应4小时后，停止反应，真空去溶剂，烘干，得到黄色粘稠液体，即为目标产物 含POSS的有机/无机杂化物。合成路线如图1所示。本发明的有益效果1.原料笼型八聚-氨丙基硅倍半氧烷是一种纳米尺寸的微粒，中心是一种笼型结构，八个顶角连接有氨丙基，可以进一步功能化。通过氨基与另一小分子[3-(N，N-二乙氨基)环氧丙烷]中的环氧基团的开环加成反应，使顶角的有机链段加长，以利于增加与环氧树脂的相容性。同时经过反应后，有机链段上增加羟基和叔氨基，在环氧树脂的改性使用中起到潜伏固化的作用，其叔胺基团可与环氧树脂中的环氧基团反应，增加锚点，起到增强环氧树脂的作用。2.该无机有机杂化物与环氧树脂部分有较好的相容性，分散均勻，有利于性能稳定。无机部分是笼型八聚-氨丙基硅倍半氧烷，由于其特殊的笼型结构和纳米尺寸效应，使其对于环氧树脂有很好的增韧作用。使得改性后环氧树脂的抗冲击强度、抗拉伸强度和断裂伸长率得到增强。3.该杂化物合成步骤简单、条件温和、易于控制，原料价格便宜、便于产业化。
图1含POSS的纳米杂化物的合成路线示意2含POSS杂化物的红外光谱图
具体实施例方式实施例1 :3-(N，N- 二乙氨基)环氧丙烷的合成在1升三颈烧瓶中加入185. 3g环氧氯丙烷，再缓缓加入二乙胺144g和6g水。保持水浴温度28 30°C，机械搅拌6小时。使温度降到22°C，将93g氢氧化钠溶于152ml水中配成溶液，在22 25°C下加入到反应瓶中，再继续搅拌40分钟。加入100毫升水，用分液漏斗分出黄色液状物(产物)。用200毫升乙醚分三次萃取水层，合并到产物中。用固体氢氧化钾15克干燥水分数小时。分出液体层，先常压蒸出乙醚，再减压蒸出产物。实施例2 含POSS的纳米杂化增强剂的合成称取笼型八聚-氨丙基硅倍半氧烷(POSS-NH2)4. 4g溶于SOmL甲醇，然后在搅拌条件下缓慢滴加到装有12. 9g的3-(N，N- 二乙氨基)环氧丙烷的三口烧瓶中，升温至70°C，使反应体系处于回流状态，反应4小时后，停止反应，真空去溶剂，烘干，得到黄色粘稠液体。红外光谱结果见图2，FIlR :3367. 6cm—1处(仲氨基NH，羟基0H)； 2813. 1011入2932· OcnT1 (-CH2 伸缩)；1453. cnT1 (H-C-H变形振动)；1107CHT1 (Si-0-Si 骨架)； UgicnTHSi-C，对称伸缩)；实施例3 纳米杂化增强物对环氧树脂的增强作用将含POSS的纳米杂化增强剂和环氧树脂E-51以及三乙烯四胺按一定的比例混合，充分搅拌，置于真空干燥器中抽气15分钟赶出气泡，然后将其浇注入事先预热至50°C 的模具中，置于50°C烘箱中预热改善树脂流动性，待模腔完全充满，且样条中无气泡时升温至70°C，固化5小时后脱模。对样条进行修整，然后测试拉伸强度、冲击强度、和断裂伸长率。测试结果见表1。表1纳米杂化增强剂对固化后环氧树脂的改性作用
权利要求
1.一种新型含POSS的纳米杂化增强物，其特征是通过如附图1所示的路线合成的星型化合物。化学结构为笼型八聚-氨丙基硅倍半氧烷(POSS-NH2)与3-(N，N-二乙氨基) 环氧丙烷的加成反应产物。该产物是一种纳米尺寸的无机/有机杂化物。
2.权利要求1所述的无机/有机杂化物的制备方法。其特征是以笼型八聚-氨丙基硅倍半氧烷和3-(N，N-二乙氨基)环氧丙烷为原料，按下述方法合成得到笼型八聚-氨丙基硅倍半氧烷4. 4g溶于SOmL甲醇，然后在搅拌条件下缓慢滴加到装有12. 9g的3-(N，N- 二乙氨基)环氧丙烷的三口烧瓶中，升温至70°C，使反应体系处于回流状态，反应4小时后，停止反应，真空去溶剂，烘干，得到黄色粘稠液体。
3.权利要求1所述的纳米杂化增强物以20%比例添加到对环氧树脂E-51中，测得固化后环氧树脂的抗冲击强度，从改性前的15. 9KJ/m2提高到改性后的59. 5KJ/m2 ；抗拉伸强度从改性前的50Mpa提高到83Mpa ；断裂伸长率从改性前的6. 5%提高到40. 2%。
全文摘要
一种新型含笼型低聚硅倍半氧烷(POSS)的纳米杂化增强剂的合成，属于增韧剂技术领域。本发明将笼型八聚-氨丙基硅倍半氧烷(POSS-NH2)与3-(N，N-二乙氨基)环氧丙烷反应，合成了一种新型含POSS的无机/有机纳米杂化、具有星型结构的化合物。将该杂化物添加到环氧树脂E-51中使其改性，所得环氧树脂固化物抗冲击强度、抗拉伸强度得到增强。
文档编号C08L63/02GK102372734SQ20101026056
公开日2012年3月14日 申请日期2010年8月24日 优先权日2010年8月24日
发明者倪才华, 戴锡禹, 黄鹤 申请人:江南大学