用于制备硅橡胶复合材料的硅包覆液态金属纳米填料制造技术

本发明专利技术属于硅橡胶技术领域，具体公开了一种用于制备硅橡胶复合材料的硅包覆液态金属纳米填料。利用超声破碎仪，在硅前驱体和偶联剂的作用下，形成核壳结构的金属纳米填料，制备的硅包覆液态金属填料直径为50～800nm，壳层厚度为10～100nm；纳米填料粒径分布较窄、壳层厚度以及尺寸可控，提高了液态金属的稳定性，赋予纳米填料基体内良好的界面相容性。将核壳结构的硅包覆液态金属填料应用于硅橡胶复合材料领域，在硅橡胶基体中呈现良好的分散性和稳定性，同时提高了硅橡胶复合材料的力学性能和介电性能，为硅橡胶复合材料的填料功能化提供了新的策略。化提供了新的策略。

【技术实现步骤摘要】
用于制备硅橡胶复合材料的硅包覆液态金属纳米填料


[0001]本专利技术属于硅橡胶
，具体涉及一种用于制备硅橡胶复合材料的硅包覆液态金属纳米填料。

技术介绍

[0002]硅橡胶作为一种密封剂、粘结剂、绝缘保护涂料，不可或缺的应用于各个领域的关键部位和核心零部件中。硅橡胶具有独特的综合性能，与添加的功能性填料性质息息相关。
[0003]液体硅橡胶加入导电、导热、导波等功能性材料可以赋予其相应的功能。硅橡胶获得理想功能化性能采用的方法多是加入无机刚性填料颗粒，虽然刚性填料添加至硅橡胶中一定程度上提高其性能，但由于刚性填料固有的刚性与液体硅橡胶的弹性基体不匹配，限制材料在力学性能上的提高。
[0004]室温液体金属，具有天然流体和金属特性，被认为是制造软材料的刚性填料的理想替代品。液态金属作为改性填料掺入柔性聚合物中，液态金属能够随着基体的形变而重新定向。液体硅橡胶与液态金属的结合既可以具有液体金属的流动性以及导热、导电的特点，也能够获得硅橡胶独特的力学与加工性。
[0005]但是，目前利用液态金属作为流动性填料制备硅橡胶复合材料，由于表面张力的存在使其在橡胶基体中难以均匀分散，易于团聚，不仅降低硅橡胶的加工性能，而且影响填料复合硅橡胶材料的综合性能的发挥。通过对液态金属处理或者表面修饰的方法一定程度上可以稳定液态金属尺寸，但仍无法从根本上解决液态金属的形态调控及液态金属基复合硅橡胶材料功能化的难题。
[0006]采用表面引发原子转移自由基聚合(ATRP)方法合成了聚合物包覆LM纳米液滴。但ATRP工艺复杂，反应条件苛刻的同时，LM表面聚合物外壳不是很均匀(Nature Nanotechnology，2019
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07
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16，14卷7期684页)。一种弹性体聚甲基丙烯酸正丁酯涂覆液态金属(EGaIn@PBMA)的制备方法，然而，液态金属基功能填料在橡胶加工过程中，仍需要开发一种有效的方法来稳定液态金属纳米液滴，确保其在机械混合过程中仍能均匀地分散在聚合物基体中。(Chemical Communications，2020
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10
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07，56卷78期11625
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11628页)。

技术实现思路

[0007]本专利技术要解决的第一个技术问题是提供一种硅包覆液态金属的多功能纳米填料，该材料具有优异的稳定性和界面相容性。可以作为硅橡胶的功能填料，拓宽硅橡胶复合材料的应用范围。
[0008]为解决第一个技术问题，本专利技术采用下述技术方案：
[0009]硅包覆液态金属多功能纳米填料，由硅和液态金属构成，具有完整的核壳结构；所述纳米填料直径为50～800nm，所述纳米填料壳层厚度为10～100nm；纳米填料表面修饰具有界面结合作用的偶联剂。液态金属为镓铟基液态金属。
[0010]优选地，所述纳米填料直径为100～500nm，纳米填料壳层厚度为20～80nm。
[0011]得到的多功能纳米填料粒径分布较窄、壳层厚度以及尺寸可控，其核心材料具备流动性，壳层材料具备良好的稳定性，可应用于硅橡胶多功能纳米填料。
[0012]本专利技术要解决的第二个技术问题是提供硅包覆液态金属多功能纳米填料复合硅橡胶的制备方法。本方法制备的纳米材料形貌良好，粒径分布窄，壳层厚度、粒径可控的同时在硅橡胶基体内呈现良好分散性。
[0013]为解决第二个技术问题，本专利技术采用下述技术方案：
[0014]硅包覆液态金属的多功能纳米填料复合硅橡胶的制备方法，包括如下步骤：
[0015]1)将液态金属加入到含有0.1％体积分数分散剂的溶剂内，在0℃冰水浴条件下使用超声处理1～3h。小转速1000～2000rpm离心5～10min，取上清液在乙醇中分散均匀。
[0016]步骤1)所述的溶剂选自无水乙醇、去离子水、无水甲醇或正己烷中的一种或多种。
[0017]分散剂选自十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇或山梨醇三油酸酯中的一种。
[0018]液态金属在溶剂中的质量分数为1～5％。
[0019]2)将步骤1)得到的液态金属纳米液滴加入碱性水溶液(体积比为3：1水和氨水溶液)中，然后缓慢加入硅前驱体，常温搅拌2～4小时。
[0020]硅前驱体选自正硅酸甲酯、硅酸钠盐或正硅酸乙酯中的一种或多种。
[0021]硅前驱体在碱性水溶液中的质量浓度为10～50mg mL
‑1。
[0022]3)将步骤2)得到的硅包覆液态金属纳米材料溶液中加入偶联剂，60～80℃水浴回流加热搅拌2～4小时。
[0023]偶联剂选自γ―氨丙基三乙氧基硅烷、γ―缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ―甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3
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巯基丙基三乙氧基硅烷、γ
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巯丙基三甲氧基硅烷、双
‑
[γ
‑
(三乙氧基硅)丙基]四硫化物、N
‑
(β一氨乙基)
‑
γ
‑
氨丙基三甲(乙)氧基硅烷、γ―氨丙基甲基二乙氧基硅烷、1,3
‑
二苯基
‑
1,1,3,3
‑
四甲基二硅氧烷、六甲基二硅氧烷、乙烯基三甲氧基硅烷或甲基苯基乙烯基氯硅烷中的一种或多种。
[0024]偶联剂和溶液的质量体积比为10～50mg mL
‑1。
[0025]4)将步骤3)得到的硅包覆液态金属纳米材料依次用无水乙醇、去离子水交替洗涤至上清液无色，后分散在乙醇溶液中。经冷冻干燥处理后得到硅包覆液态金属的多功能纳米填料粉末。
[0026]本专利技术要解决的第三个技术问题是硅包覆液态金属的多功能纳米填料在硅橡胶中的稳定性、界面相容性以及力学和介电性能。
[0027]将40％质量分数的填料粉末与液体硅橡胶机械搅拌后在80～150℃固化30～60min制备硅橡胶复合材料。
[0028]本专利技术的有益效果：
[0029]本专利技术提供了一种具有核壳结构的硅包覆液态金属纳米填料及其制备方法和用途。本专利技术利用超声破碎仪，将镓基液态金属分散成纳米液滴，在碱性水溶液内利用硅前驱体和偶联剂的作用下，形成硅包覆液态金属核壳结构，提高硅包覆液态金属纳米填料的稳定性，赋予其良好的分散性；同时本专利技术可以显著提高硅橡胶复合材料的力学性能和介电性能。
附图说明：
[0030]图1为实施例1制备得到的硅包覆液态金属在200nm标尺下的透射电镜图。
[0031]图2为实施例1制备得到的硅包覆液态金属的粒径分布图。
[0032]图3为实施例1制备得到的硅包覆液态金属和对比例1液态金属在乙醇溶剂内静置的分散性比较图(左图为静置0h时对比例1和实施例1照片，右图为静置1h时对比例1和实施例1照片)。
[0033]图4为实施例1制备得到的硅包覆液态金属硅橡胶的原子力显微镜照片。
具体实施方式
[0034]下面将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅包覆液态金属纳米填料，其特征在于，所述纳米填料由硅和液态金属构成，具有完整的核壳结构；纳米填料直径为50～800nm，纳米填料壳层厚度为10～100nm，液态金属为镓铟基液态金属。2.如权利要求1所述的硅包覆液态金属纳米填料，其特征在于，所述纳米填料直径为100～500nm；壳层厚度为20～80nm。3.一种硅橡胶复合材料，其特征在于，所述硅橡胶复合材料由如权利要求1所述的硅包覆液态金属纳米填料和硅橡胶组成。4.一种硅橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述复合材料的制备方法步骤如下，1)将液态金属加入到含有0.1％体积分数分散剂的溶剂内，在0℃冰水浴条件下超声，小转速1000～2000rpm离心5～10min取上清液在乙醇中分散均匀；2)将步骤1)得到的液态金属纳米液滴加入碱性水溶液中，然后加入硅前驱体，常温搅拌；3)将步骤2)得到的硅包覆液态金属纳米材料溶液中加入偶联剂，水浴回流加热搅拌；4)将步骤3)得到的硅包覆液态金属纳米材料依次用无水乙醇和去离子水交替洗涤至上清液无色，后分散在乙醇溶液中，经冷冻干燥处理后得到硅包覆液态金属多功能纳米填料。5)将40％质量分数的步骤4)中填料粉末与液体硅橡胶机械搅拌后固化制备硅橡胶复合材料。5.根据权利要求书4所述的硅橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1)所述的溶剂选自无水乙醇、去离子水、无水甲醇或正己烷中的一种；所述分散剂选自十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇或山梨醇三油酸酯中的一种。6.根据权利要求书4所述的硅橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1)所述的镓铟基液态金属在溶剂中的质量分数为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：田玉亮，陈智慧，谭龙飞，孟宪伟，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：