苯并噁嗪对埃洛石纳米管的表面修饰及杂化材料构筑研究

Benzoxazine resin is a novel kind of thermosetting resin with excellentcomprehensive properties, and has a very broad space for application. But thebrittleness and poor impact resistance limit its application in high-tech fields.The hybrid of nano materials and benzoxazine resin is an effective way to improve the performance. The halloysite nanotubes grafted by different structural benzoxazine were used for modification of benzoxazine in this project. Specific research contents include: study on the method and regularity of different structural benzoxazine grafting on the surface of HNTs, and preparation of a series of benzoxazine grafted HNTs; research on the dispersion characteristics and interfacial reaction mechanism of different grafted HNTs in the matrix of benzoxazine, and how the dispersion characteristics and interfacial reaction mechanism influenced on the properties of hybrid materials, investigating the benzoxazine /HNTs hybrid material toughening mechanism, and finally screen out the hybrid materials with better comprehensive properties. The project aims to reveal the regularity of different structural benzoxazine grafting on the surface of HNTs and the law of performance of benzoxazine hybrid resin modified by different graft products, to lay a theoretical and technical foundation for the high performance modification of benzoxazine using HNTs.

苯并噁嗪树脂是一种新兴的综合性能优异的热固性树脂，具有非常广阔的应用空间，但苯并噁嗪树脂固化物脆性大，耐冲击强度低，限制了其作为高性能结构材料在高新技术领域的应用，利用纳米材料与苯并噁嗪树脂进行杂化是改善其性能的有效途径。本项目利用经不同结构形式苯并噁嗪接枝修饰的埃洛石纳米管（HNTs）对苯并噁嗪树脂进行杂化改性。具体研究内容包括：研究不同结构形式苯并噁嗪接枝修饰HNTs的方法及接枝规律，制备一系列苯并噁嗪接枝HNTs；研究不同的苯并噁嗪接枝HNTs 在苯并噁嗪树脂基体中的分散特点与界面反应机理，及其对杂化材料的性能影响规律，探讨苯并噁嗪/HNTs杂化材料增韧增强机理，并在此基础上筛选综合性能较优杂化材料。本项目旨在揭示苯并噁嗪在HNTs表面的接枝规律以及不同接枝产物杂化改性苯并噁嗪树脂的性能规律，为利用HNTs对苯并噁嗪进行高性能化改性奠定理论和技术基础。

苯并噁嗪树脂固化物脆性大，耐冲击强度低，这些缺点极大限制了苯并噁嗪树脂作为高性能结构材料在高新技术领域的推广和应用。本项目利用经不同结构形式苯并噁嗪接枝修饰的埃洛石纳米管（HNTs）对苯并噁嗪树脂进行杂化改性。.本研究首先利用硅烷偶联剂APTES对经过碱处理的HNTs进行表面接枝，得到接枝后的埃洛石纳米管HNTs-1。而后利用丁二酸酐和端位氨基的反应，在HNTs-1表面接枝羧基，得到HNTs-2，考察了反应条件对接枝率的影响规律。以HNTs-1及HNTs-2对BOZ-1改性后的复合材料相较纯埃落石改性后材料的固化温度、残炭率以及玻璃化转变温度都得到了明显改善，同时，储能模量、弯曲模量、弯曲强度、冲击强度等力学性能也有较大提高。.研究将硅烷型苯并噁嗪引入到HNTs的表面对其进行改性得到“-苯并噁嗪-HNTs-”链状共聚体。本部分工作首先是合成两种硅氧烷型苯并噁嗪单体，利用其对预处理过的HNTs进行改性。实现以硅氧烷型苯并噁嗪为桥梁，把有机基质苯并噁嗪与无机纳米填料HNTs以化学键的形式结合在一起。两种不同的硅氧烷型苯并噁嗪改性过的HNTs对苯并噁嗪均有较好的改性效果，显著地提高了复合材料的残留率，从而在很大程度上提高了复合材料的热稳定性，同时，复合材料在拉伸、弯曲和冲击性能上均有了较大程度的提高。.本项目还将“-苯并噁嗪-HNTs-”链状共聚体用于环氧树脂的改性中，结果表明改性可以降低环氧树脂的固化温度及固化焓，且明显提升环氧树脂的耐热性和力学性能。.本项目的实施获得了一种高性能HNTs/苯并噁嗪杂化材料。获得的在无机粒子表面接枝被改性基体树脂单体，进而对基体树脂进行改性的方法，对于无机粒子改性苯并噁嗪以及其他聚合物材料具有普遍性指导意义，同时可为BOZ-HNTs与苯并噁嗪树脂二元杂化、BOZ-HNTs与苯并噁嗪树脂及其他树脂三元杂化甚至多元杂化制备复合材料奠定理论和技术基础。