[发明专利]一种透明环氧纳米复合材料及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种透明环氧纳米复合材料及其制备方法和用途，更具体地说，本发明涉及一种填料为具有核—壳结构的复合纳米颗粒的透明环氧纳米复合材料及其制备方法和用途。

背景技术

目前科学研究发现白光发光二极管(Light emitting diode，LED)中光老化并不是环氧树脂老化的唯一原因，而造成白光LED寿命降低的另一个原因是荧光粉的散射作用。在LED实际应用中，避免由荧光粉散射而引起环氧树脂老化的办法主要是，使荧光粉层尽量远离LED芯片。但这个方法虽然能够在一定程度上减轻荧光粉光散射所造成的负面影响，但不能够彻底解决这个问题。想要彻底解决这个问题就需要使用不产生光散射的荧光粉。

量子点(QD)是一种由II-VI族或III-V族元素组成的纳米晶粒，QD具有非常高的光稳定性，良好的荧光效率和宽的发光谱带调节性，是目前最热门的研究材料之一。由于QD的粒径非常小，只有几个纳米，如果利用QD作为LED用荧光粉，则完全可以避免传统荧光粉所引起的光散射作用。ZnO量子点(ZnO-QD)是一种稳定、无毒、廉价的荧光材料，并且控制ZnO-QD的粒径可以调节其荧光谱带。同时有研究发现，无定型的二氧化硅是增强ZnO荧光效果的理想材料。

一般来讲要制备透明高分子复合材料必须保证填料的折射率(Refractive Index，RI)与高分子基体相同。但是大多数情况下无机填料的折射率和环氧基体并不相等，如果所制备的纳米复合材料为薄膜状，填料与基体的折射率不匹配所引起的光散射可以通过减小填料的粒径得到部分补偿。例如：Mingna Xiong等人(Journal of AppliedPolymer Science，Vol.90，1923-1931(2003))，通过直接共混法制备了聚苯乙烯丙烯酸丁酯乳胶/ZnO纳米复合薄膜材料，其膜厚在64-68μm之间，当ZnO(60nm)含量3wt％时可见光区透光率下降超过10％，含量为5％时可见光区透过率下降超过20％。但当所制备的材料为厚度较大的块状时这种补偿是有限的，不可能制备出高填料含量的纳米复合材料，例如我们曾经制备了透明环氧/ZnO纳米复合材料(Polymer，47(2006)2127-2132)，当ZnO含量低于0.07％时填料的加入对复合材料的可见光区透光率的影响不大，当ZnO含量超过0.07％时可见光区的透过率急剧下降。另外填料粒径过小时(如小于20nm)，填料比表面积急剧增加、团聚现象也随之加剧，加入环氧预聚体后会引起混合物的黏度变大、填料和基体界面间作用力增加等负效应，从而导致纳米填料团聚严重而不能在环氧基体中有效分散。这些团聚颗粒在复合材料中又会引起光散射，从而造成材料透光率的下降。因此，在制备透明环氧纳米复合材料时必须保证填料的折射率与环氧基体相匹配。

发明内容

本发明的目的是提供一种可见光透光率高，具有优异荧光和磷光效应的透明环氧纳米复合材料。

本发明的另一目的是提供一种制备上述透明环氧纳米复合材料的方法。

本发明的再一目的是提供一种上述透明环氧纳米复合材料的用途。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的透明环氧纳米复合材料，包括：

环氧树脂基体材料和均匀分散于该环氧树脂基体材料中的复合纳米无机填料；所述复合纳米无机填料与所述环氧树脂基体材料的重量份配比为0.1-30：99.9-70。

所述复合纳米无机填料由作为核的粒径为2—10nm的氧化锌量子点核和作为壳包覆于氧化锌量子点核之外的二氧化硅外层；所述氧化锌量子点核与所述二氧化硅外层的重量份配比为10—50：90—50；

所述环氧树脂基体材料由环氧树脂和环氧固化剂组成；所述环氧树脂和所述环氧固化剂的重量份配比为0.8:1～1.2:1；

所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂或为加氢后的双酚A型环氧树脂；

所述环氧固化剂为含有1.0～5.0wt％固化促进剂的酸酐类固化剂；所述固化促进剂为胺类固化促进剂或咪唑类固化促进剂。所述酸酐类固化剂为甲基六氢苯酐或六氢苯酐。所述胺类固化促进剂为四丁基溴化胺或四乙基溴化胺。所述咪唑类固化促进剂为咪唑或2-甲基咪唑。

本发明提供的透明环氧纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备具有核/壳结构的复合纳米无机填料：

将0.0270-0.243mol正硅酸乙酯于搅拌情况下加入到含有粒径为2—10nm的氧化锌量子点的0.1M200ml乙醇溶液中，磁力搅拌3—8小时；