非均相溶液法制备聚合物包覆的无机粒子及其应用制造技术

本发明专利技术提供了一种采用非均相溶液制备聚合物包覆无机粒子的方法。所述聚合物由A、B组份反应得到；所述制备方法具体为：称取有机溶剂于反应装置I中，将B组份加入其中，搅拌使二者混合均匀，得到均相溶液。继续搅拌并向其中加入无机粒子，分散均匀，得到无机粒子

【技术实现步骤摘要】
非均相溶液法制备聚合物包覆的无机粒子及其应用


[0001]本专利技术属于材料领域，涉及一种聚合物包覆无机粒子的制备方法，具体地说，涉及聚合物包覆无机粒子的非均相溶液制备法以及其在减振方面的应用。

技术介绍

[0002]高分子聚合物包覆无机纳米粒子兼具无机材料的热稳定性、模数、机械强度以及高分子材料的易加工性、灵活性，不仅提高无机纳米粒子和聚合物的相容性、阻止无机纳米粒子的团聚现象，还能够提高乳胶膜的黏结性、光泽度以及机械性能。因此，高分子聚合物包覆无机纳米粒子已经在化妆品、油墨、涂料、织物等领域发挥着越来越重要的作用。但是，由于作为有机物的高分子聚合物和无机纳米粒子的亲和性比较差，聚合物包覆无机纳米粒子一般比较困难。目前常用的包覆方法主要有乳液聚合法、分散聚合法、无皂乳液聚合法、悬浮聚合法、细乳液聚合法以及异质凝聚法、层层组装法等。其中，乳液聚合法、分散聚合法和无皂乳液聚合法的成核地点不在液滴内，称为非液滴内成核包覆法；悬浮聚合法、细乳液聚合法的成核地点在液滴内，称为液滴内成核包覆法；而异质凝聚法和层层组装法属于特殊的包覆方法。以上包覆方法采用的聚合方式均依托于自由基聚合，步骤繁杂，反应时间长，而且往往会产生分散剂、引发剂等杂质，难以进行处理。
[0003]水泥基复合材料，就是在水泥基材料中掺加纤维、填料和聚合物等，以提高其各种性能的材料。与一般的水泥基材料相比，水泥基阻尼复合材料具有更高的抗冲击、抗振性，从根本上改善混凝土路面的高噪声、高振动的缺点，增加路面柔度，给混凝土路面带来新的生命力。目前关于混凝土结构减振，通常采用在混凝土结构中安装附加设备减少结构振动。但是从水泥基材料本身出发探究材料的阻尼性能，还没有研究出一种普遍适用的水泥基阻尼材料。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中聚合物包覆无机粒子制备中所存在的问题，本专利技术提供了一种采用非均相溶液制备聚合物包覆无机粒子的方法。本专利技术所述的方法，采用A、B两个组分合成具有减振功能的聚合物形成“壳”，以无机粒子为“核”，按照逐步聚合机理得到聚合物包覆的无机粒子。所述方法不但实验周期短、步骤简单易操作，而且产量较多，且大大降低了产物中杂质的含量。
[0005]本专利技术的技术方案：采用非均相溶液制备聚合物包覆无机粒子的方法，所述聚合物由A、B组份按照(1
‑
1.1):1的摩尔比反应得到。
[0006]其中，所述A组份为4,4
’‑
二苯基甲烷二异氰酸酯或者由35
‑
60重量份的4,4
’‑
二苯基甲烷二异氰酸酯和50
‑
70重量份聚醚多元醇合成的半预聚物。当A组份为4,4
’‑
二苯基甲烷二异氰酸酯时，所述B组份由80
‑
100重量份的聚乙二醇和0
‑
20重量份的1,4
‑
丁二醇组成；当A组分为所述半预聚物时，所述B组份由10
‑
75重量份的聚醚多元醇和20
‑
80重量份的扩链剂组成。所述制备方法具体包括以下步骤：
[0007](1)称取有机溶剂S于反应装置I中，常温下将B组份加入其中，搅拌使二者混合均匀，得到均相溶液。继续搅拌并向前述均相溶液中加入无机粒子，直至无机粒子在体系中分散均匀，得到无机粒子
‑
B组份的混合体系。其中，当所述当A组份为4,4
’‑
二苯基甲烷二异氰酸酯时，所述有机溶剂S为丙酮；当A组分为半预聚物时，所述有机溶剂S为环己烷。所述的无机粒子为金属硅粉、石英砂或者硅灰。
[0008](2)称取所述述有机溶剂S于反应装置II中，将不溶于有机溶剂S的A组份加入其中，搅拌均匀得到分散体系。
[0009](3)将步骤(1)得到的无机粒子
‑
B组份的混合体系升温至70
‑
80℃，在搅拌条件下缓慢逐滴加入步骤(2)制备的分散体系。继续搅拌至反应体系上层出现澄清液体，下部产生沉淀时，反应完毕。
[0010](4)将步骤(3)反应得到的沉淀进行分离、洗涤、烘干和研磨，即得到核壳结构的聚合物包覆的无机粒子。
[0011]其中，所述聚醚多元醇为聚四氢呋喃多元醇或者聚ε
‑
己内酯多元醇；所述扩链剂为3,5
‑
二乙基
‑
2,4
‑
甲苯二胺、N,N
’‑
二异丁基甲基二环己胺和N,N
’‑
二异丁基苯二胺等中的一种或者几种。本专利技术所制备的聚合物包覆的无机粒子，以A、B组分合成的聚合物作为“壳”，所述聚合物能够将振动噪声机械能转化为能消耗，具有优异的附着性、柔韧性及抗冲击性能，是一种广泛应用的减振材料。同时，无机粒子与聚合物所形成的包覆结构，将聚合物料优异的减振性能和无机粒子的刚性结合，形成了“微阻尼结构”单元，进一步提升了其减振性能。
[0012]优选的是，步骤(1)所述的无机粒子为表面修饰的无机粒子，具体通过下述方法得到：采用等离子体对无机粒子进行表面活化，然后取适量表面活化的无机粒子进行硅烷化反应，得到表面修饰的无机粒子。
[0013]其中，对无机粒子进行表面活化的具体步骤为：将无机粒子置于培养皿中，以刚好铺满表面皿底部为宜；控制真空度为10Pa，通入压力为100Pa等离子体用清洗气体，施加高频电压，使等离子体完全覆盖无机粒子，处理一定时间即可得到表面活化的无机粒子。所述无机粒子的粒径为200目
‑
800目，所述的清洗气体为氧气、氢气、氩气或氮气；所述表面活化的时间为30s
‑
5min。
[0014]其中，所述的硅烷化反应的具体步骤为：称取适量表面活化的无机粒子，在搅拌条件下缓慢加入到硅烷偶联剂甲醇溶液中，室温下搅拌发生硅烷化反应，过滤、洗涤、真空干燥即得到表面修饰的硅粉。所述的硅烷偶联剂为表面带有氨基和羟基官能团的硅烷偶联剂；所述硅烷偶联剂甲醇溶液的浓度为0.5～5％；所述硅烷化反应的时间为2～8小时。所述的硅烷偶联剂为KH
‑
540、KH
‑
550、KH
‑
551、KH
‑
620、KH
‑
791、KH
‑
792、KH
‑
901或KH
‑
902。
[0015]聚合物包覆的无机粒子的应用，将其用于水泥基复合材料的制备，所述水泥基复合材料中聚合物包覆的无机粒子的含量为水泥粉的2
‑
8wt％。其中，水泥基复合材料的制备具体为：将聚合物包覆的无机粒子加入到水泥粉中，搅拌均匀；再按照水灰比(0.4
‑
0.5):1的重量比加水，充分搅拌后倒入模具，脱模、养护，即可得到具有阻尼功能的水泥基复合材料。本专利技术通过非均相溶液法制备的聚合物包覆无机粒子，在振动条件下无机粒子表面包覆的粘弹性材料本身可以耗散部分能量；另外，无机粒子会与粘弹性材料摩本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.采用非均相溶液制备聚合物包覆无机粒子的方法，其特征在于：所述聚合物由A、B组份按照（1
‑
1.1）:1的摩尔比反应得到；所述A组份为4,4
’‑
二苯基甲烷二异氰酸酯或者由35
‑
60重量份的4,4
’‑
二苯基甲烷二异氰酸酯和50
‑
70重量份聚醚多元醇合成的半预聚物；当A组份为4,4
’‑
二苯基甲烷二异氰酸酯时，所述B组份由80
‑
100重量份的聚乙二醇和0
‑
20重量份的1,4
‑
丁二醇组成；当A组分为所述半预聚物时，所述B组份由10
‑
75重量份的聚醚多元醇和20
‑
80重量份的扩链剂组成；所述方法具体包括以下步骤：（1）称取有机溶剂S于反应装置I中，常温下将B组份加入其中，搅拌使二者混合均匀，得到均相溶液；继续搅拌并向前述均相溶液中加入无机粒子，直至无机粒子在体系中分散均匀，得到无机粒子
‑
B组份的混合体系；（2）称取所述述有机溶剂S于反应装置II中，将不溶于有机溶剂S的A组份加入其中，搅拌均匀得到分散体系；（3）将步骤（1）得到的无机粒子
‑
B组份的混合体系升温至70
‑
80℃，在搅拌条件下缓慢逐滴加入步骤（2）制备的分散体系；继续搅拌至反应体系上层出现澄清液体，下部产生沉淀时，反应完毕；（4）将步骤（3）反应得到的沉淀进行分离、洗涤、烘干和研磨，即得到核壳结构的聚合物包覆的无机粒子。2.根据权利要求1所述的采用非均相溶液制备聚合物包覆无机粒子的方法，其特征在于：步骤（1）所述的有机溶剂S为环己烷或者丙酮；所述的无机粒子为金属硅粉、石英砂或者硅灰；当所述当A组份为4,4
’‑
二苯基甲烷二异氰酸酯时，所述有机溶剂S为丙酮；当A组分为半预聚物时，所述有机溶剂S为环己烷。3.根据权利要求2所述的采用非均相溶液制备聚合物包覆无机粒子的方法，其特征在于：所述聚醚多元醇为聚四氢呋喃多元醇或者聚ε
‑
己内酯多元醇；所述扩链剂为3,5
‑
二乙基
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯超，闫培会，万菲，程浩，陈若愚，袁歆悦，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：