[发明专利]一种POSS改性的高韧性固体浮力材料及其制备方法

说明书

一种POSS改性的高韧性固体浮力材料及其制备方法，固体浮力材料包括经POSS改性的环氧树脂基体和分散在基体中的经POSS改性的空心玻璃微珠填料；其中，环氧树脂改性用的POSS含有能与树脂进行共聚反应的环氧基团，空心玻璃微珠改性用的POSS含有能与空心玻璃微球表面进行化学键合的三硅羟基。克服了传统增韧剂在浮力材料内无法均匀分散易团聚的缺点，将带有环氧基团的POSS通过与基体树脂共聚的方式均匀分散在聚合物网络内部，同时发挥POSS粒子的纳米效应，改善了空心玻璃微球在树脂基体中的分散性和相容性，使固体浮力材料具有较高的韧性，断裂伸长率（材料韧性）达到6‑8%，密度低至0.45‑0.6g/cm³，压缩强度25‑50MPa，吸水率不大于1%。

技术领域

本发明涉及一种海洋环境用的固体浮力材料，具体的说是一种POSS改性的高韧性固体浮力材料及其制备方法。

背景技术

固体浮力材料是一种重要的海洋特种工程材料，是深海开发的必备材料之一，对提高海洋开发装备的有效载荷以及实现悬浮定位起到关键作用。当前大部分固体浮力材料属于脆性材料，在水下使用过程中受到碰撞或冲击时容易损坏，需要定期修补甚至更换，影响了海洋开发装备的工作效率。因此，在海洋领域大规模推广应用固体浮力材料需要优先解决韧性问题。

目前报道的固体浮力材料增韧方法主要集中在以下两个方面：

中国专利CN 103172975通过添加采用辐照马来酸酐接枝的超高分子量聚乙烯微米颗粒改善固体浮力材料的韧性。中国专利CN 103937165介绍了采用半互穿网络以及增强的多巴胺涂层的芳纶纤维提高固体浮力材料韧性的方法。由于目前增韧颗粒以及增韧纤维的添加方法均为简单的机械共混，使其难以在含有空心微球的树脂体系中均匀分散，因此韧性实际改善效果并不明显。

中国专利CN 104164057介绍了采用复合型环氧树脂体系以及液体端羧基丁腈橡胶来改善固体浮力材料韧性的方法。中国专利CN 108314808介绍了使用硫化后的液体橡胶作为基体提高浮力材料韧性的方法。由于两种方法的增韧效果均随橡胶相的含量正相关，然而橡胶相过大时会带来强度低密度大的缺点，因此实际增韧时采用较少。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服传统增韧剂在浮力材料内部无法均匀分散的问题，提供一种POSS改性的高韧性固体浮力材料及其制备方法。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种POSS改性的高韧性固体浮力材料，包括经POSS改性的环氧树脂基体和分散在基体中的经POSS改性的空心玻璃微珠填料；其中，环氧树脂改性用的POSS含有能与树脂进行共聚反应的环氧基团，空心玻璃微珠改性用的POSS含有能与空心玻璃微球表面进行化学键合的三硅羟基。

环氧树脂改性用的POSS为七异辛基单环氧基POSS、七异丁基单环氧基POSS、七苯基单环氧基POSS的其中一种。

空心玻璃微珠改性用的POSS为七异辛基三硅羟基POSS或七苯基三硅羟基POSS的其中一种。

环氧树脂和空心玻璃微珠用量的重量比为5：1-1：1。

固体浮力材料中还加入有固化剂和促进剂，固化剂的用量为环氧树脂种类的20-100%，促进剂的用量不超过环氧树脂重量的1%。

所述的固化剂为甲基四氢邻苯二甲酸酐、甲基纳迪克酸酐、异佛尔酮二胺、二氨基二苯基砜、聚醚胺D230的其中一种；促进剂为2-乙基-4-甲基咪唑、2-甲基咪唑、DMP-30的其中一种。

所述空心玻璃微球的平均粒径为45-60微米。

一种POSS改性的高韧性固体浮力材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）、将含有能与空心玻璃微球表面进行化学键合的三硅羟基的POSS溶解在乙醇溶液中，然后加入空心玻璃微球均匀分散后，滤出干燥制成POSS表面改性的空心玻璃微球，备用。