[发明专利]纳米二氧化硅包覆的多壁碳纳米管提高有机硅树脂耐热性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高有机硅树脂耐热性的方法，具体涉及一种采用纳米二氧化硅包覆的多壁碳纳米管提高有机硅树脂耐热性的方法。

背景技术

有机硅树脂是高度交联的网状结构的聚有机硅氧烷。它既具有无机物石英的一系列特性，又具有高分子材料易加工的特点，是一种典型的半无机高分子。正是这种半无机高分子结构特点，赋予其优异的耐热性能，广泛应用到航空航天领域。为了适应新一代航天飞行器在高温条件和极端特殊环境下的使用性能，需要进一步提高硅树脂的耐热性能，因此有必要对硅树脂进行改性研究。改性硅树脂以此提高耐热性能的方法有以下几种：(1)在硅树脂的主链和侧链引入耐热性基团，改变硅树脂的结构；(2)加入耐热性填料，提高硅树脂的耐热性能；(3)硅树脂的端羟基能促进硅氧键降解，用消除端羟基的方法提高其耐热性能。在这些改性方法中，由于加入耐热性填料的方法因原料容易获取、操作简单并且适合大规模现代化工业生产，是一种有效的普遍使用的提高硅树脂耐热性能的方法。

多壁碳纳米管具有优异的力学、热学和光学等性能，并且具有良好的热稳定性能，可以将其加入到树脂基体中，对树脂进行改性，以此提高树脂的力学性能、耐候性、导热性和耐热性能。碳纳米管增强树脂基复合材料的各项性能(强度、韧性、耐热等)都有很大的改善，已经引起业界的广泛关注。但是，碳纳米管易于聚集成团，不利于在树脂基体中的分散且与基体树脂相互作用力较低，不利于应力的传递。为了提高碳纳米管在树脂中的分散性及其相互作用力，极大的提高硅树脂的耐热性，有必要对碳纳米管进行表面修饰。

单分散纳米二氧化硅由于颗粒尺寸的微细化、比表面积的急剧增加以及表面大量的硅醇基和活性硅烷键形成的氢键结合，而具有耐高温、绝缘性、强韧、力学性能优异等独特性能，具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供的一种纳米二氧化硅包覆的多壁碳纳米管提高有机硅树脂耐热性的方法。该方法将MWCNTs和纳米SiO₂的优良特性引入到树脂中，制成的改性有机硅树脂具有较高的耐热性能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一、羧基化多壁碳纳米管的制备：把1～4g多壁碳纳米管置于250～1000mL单口烧瓶中，小心加入120～480mL浓硫酸和浓硝酸的混合溶液(浓硫酸和浓硝酸的体积比为3:1)，40～80℃下磁力搅拌氧化6～12h，在反应后的溶液中加入500～2000mL蒸馏水稀释，用多孔滤膜抽滤，将滤出物用大量蒸馏水清洗至洗涤液呈中性，40～80℃下真空干燥得到羧基化碳纳米管；

二、纳米MWCNTs/SiO₂复合粒子的制备：a、将0.3～0.6g羧基化碳纳米管超声分散在82～164mL无水乙醇中，形成分散均匀的分散液；b、依次向分散液中加入3.36～6.75mL水、5.6～11.2mL浓氨水，磁力搅拌30min，使溶液混合均匀；c、快速加入8.9～17.8mL正硅酸乙酯(TEOS)，在室温下反应12～18小时；d、实验反应结束后，依次用水、无水乙醇反复离心洗涤，直至溶液成中性，40～80℃下真空干燥得到纳米MWCNTs/SiO₂纳米复合粒子；

三、MWCNTs/SiO₂复合粒子改性硅树脂的制备：在有机硅树脂中加入占有机硅树脂质量0.1～1％的MWCNTs/SiO₂纳米复合粒子，通过磁力搅拌器进行聚合反应，反应温度为60～100℃，反应时间为6～10h，反应完毕后，减压蒸馏得到纳米二氧化硅包覆的多壁碳纳米管改性的有机硅树脂。

本发明具有如下有益效果：

1、通过酸氧化的方法使多壁碳纳米管表面产生大量羧基含氧官能团：

2、利用溶胶-凝胶法，在碳纳米管表面生长单分散的纳米二氧化硅，制备MWCNTs/SiO₂纳米复合粒子。这样碳纳米管表面二氧化硅的醇羟基容易与有机硅树脂的端羟基反应，消除硅树脂的端羟基，增强了与基体树脂的结合力，进而提高了硅树脂的耐热性能。

3、原材料容易获取，并以醇作为介质不污染环境，利于环保，容易实现工业化生产，并适用于提高其他热固性树脂的耐热性能。

附图说明

图1为实施例1制备的MWCNTs的SEM表面形貌图；

图2为实施例1制备的MWCNTs/SiO₂的SEM表面形貌图；

图3为实施例1制备的有机硅树脂(a)和含有1％MWCNTs/SiO₂改性有机硅树脂(b)在氮气气氛中的TG曲线。