聚西夫碱基电流变体制造技术

本发明专利技术涉及一种聚西夫碱基电流变体，该体系是由绝缘或弱导电的分散介质和以具有共轭结构的聚西夫碱（ｐｏｌｙｍｅｒｉｃＳｃｈｉｆｆ’ｓＢａｓｅ）作为分散相组成的无水电流变体系，该电流变体系的分散相—聚西夫碱由芳香族一级胺类化合物和醛酮类化合物进行成肟的共聚反应得到，并且还可以通过使用掺杂和端基氧化的方法提高其电导率和可极化能力，由其作为分散相所组成的电流变体系在电场中会产生更高的屈服应力，从而可获取适用于不同目的的以具有离域结构的聚合物为分散相材料的各种电流变体。此发明专利技术对于设计和选择聚合物基ＥＲＦ的分散相材料有着理论指导意义。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及聚合物基电流变体系(ERF)，尤其涉及一种聚西夫碱基电流变体，其所属的电流变
是近年来新兴的一个科学领域。由于ERF本身所具有的一系列非凡的特点，它在一些工业领域和部门航空航天、汽车工程、计算机及控制领域、减振降噪、机器人工程、武器控制系统、液压工业等方面有着巨大的社会价值和应用潜力。毫无疑问，ERF的发展一旦在应用上取得新的突破，将会引起上述所涉及的各个部门的工业革命。
技术介绍
从广义上讲，ERF是一种流变性能随外加电场强度发生急剧而明显变化的流体。具体是指由微米级可极化性微粒分散于不导电的疏水连续液相中形成的一种悬浮体。在施加电场前，该悬浮体属牛顿流体，但强的外加电场可引起分散相微粒相对于分散介质的极化，使悬浮体的微粒中产生了诱导偶极，它们之间的相互作用力导致了微粒链(particlechain)的形成并沿电场方向排列，这使得流体表观粘度在毫秒级的时间内显著增加，从而表现出流动阻力的迅速而可逆的增长，抗剪切能力增强，即产生所谓的电致屈服应力，这种由电场引起的流变效应被称为电流变效应(electrorheological effect)。在稳态剪切流动下，该悬浮体符合Bingham流体的流动行为；当撤消电场时，该悬浮体又恢复为Newton流体。一般意义上的ERF主要由分散相和分散介质组成，另外，为了增强ERF的各方面性能，许多材料设计者会向体系中加入不同的添加剂。根据目前形成的ERF的作用机理，ERF的电流变性能从本质上取决于分散相微粒的电导率及其相对于分散介质可极化能力，因此对分散相材料的设计、选材和制备，使其具有适中的电导率和高的介电常数就成为材料设计者们追逐的热点。在用作ERF分散相的各种材料中，由于共轭型有机聚合物材料具有适中的电导率；易制备成具有球型微粒的粉末状形式；机械强度高；密度、粒度可调等一系列优点而成为开发ERF的一大发展趋势。例如，在电流变
内对半导体高分子材料的使用上，见之于报道较多的是以聚苯、聚苯胺、聚吡咯等共轭型聚合物或它们的共聚物为分散相微粒的ERF体系(美国专利5,879,582、5,711,897、5,910,269和6,065,572)，这些高分子材料都有一个共同的特征，即它们都具有共轭体系。但是，经由实验证实，并不是所有具有共轭结构的有机聚合物分散于分散介质中都可以产生电流变效应。
技术实现思路
本专利技术的目的在于寻找一类新型的聚合物基ERF，以及在分子结构的水平上确定可作为聚合物基ERF的分散相材料的聚合物所应该具有的典型特征。我们通过实验发现，导电能力太强的聚合物，其分子的离域范围太广，在强电场中的漏泄电流太高，不能够形成微粒链，并不适于用作ERF的分散相材料；而导电能太差的聚合物，其分子的离域范围很窄，离域能高，电子在分子内不易流动，无法在电场中形成微粒链，也不适于用作ERF的分散相材料；只有那些电导率适中的半导体类聚合物，由于电子可以在一定范围内流动，离域能适中，由其组成的ERF才会具有电流变效应。本专利技术提出一种以连续液相作为分散介质和具有共轭结构的聚西夫碱作为分散相组成的聚西夫碱基电流变体。人们普遍认为有实际使用潜力的ERF应该是无水的，这是由于水的存在给ERF体系带来了一系列缺陷，如水在高于100℃和低于0℃时，容易汽化和结冰，这使得ERF的工作温度被限制在一个很小的范围内，并且对温度的依赖性很强；容易使设备生锈；高温下电能损耗过多，最终导致装置对热的不稳定性等。因此，本专利技术具体涉及一种由绝缘或弱导电的分散介质和以具有共轭结构的聚西夫碱(polymeric Schiff’s Base)作为分散相组成的无水电流变体系，所谓“无水”，在本专利技术中指的是把作为分散相的聚西夫碱置于干燥箱中，在80℃下干燥24小时，直至得到一个恒定的重量；分散介质在100℃下沸腾10min，以除去其中的水份。本专利技术中所涉及到的ERF的分散相是一种具有共轭结构的聚西夫碱。该聚西夫碱的结构中可以含有苯环和共轭双键；并且应具有一定的离域程度，使其在电场中具有一定的导电能力，它的电导率在常温下应属于半导体的电导率范畴，即为10-2S/m～10-12S/m之间，而其电导率的最佳值为10-6S/m～10-10S/m。因为电导率过高，会引起电荷在粒子间跃迁，也就破坏了能引起电流变效应的界面极化作用，最终造成微粒链的无法形成或者ERF体系的漏泄电流过高；而电导率过低，微粒无法在电场中形成微粒链，从而ERF在电场中也就表现不出来电流变效应。可以用作ERF分散相的聚西夫碱类半导体有很多，它们的分子中都含有杂原子，例如N原子和C原子，为了提高其共轭结构的离域程度，其分子中应含有芳香环和共轭π健，为了提高分子的可极化能力，分子中还可以含有-OH等极性集团。这种聚西夫碱可以由芳香族一级胺类化合物和醛酮类化合物进行成肟的共聚反应得到。其中芳香族一级胺类化合物可以为苯二胺(包括对苯二胺和间苯二胺)、二联苯二胺(包括2，4’-二胺基联苯、3，4’-二胺基联苯、4，4’-二胺基联苯、3，5’-二胺基联苯、3，6’-二胺基联苯)、三联苯二胺(包括2，4’-二胺基三联苯、3，4’-二胺基三联苯、4，4’-二胺基三联苯、3，5’-二胺基三联苯、3，6’-二胺基三联苯)和萘胺(包括1，5-二胺基萘、1，6-二胺基萘、1，7-二胺基萘、2，5-二胺基萘、2，6-二胺基萘、2，7-二胺基萘)。而醛酮类化合物可以为乙二醛、对苯二醛、2-丁烯二醛、2-羰基丙醛、4-乙酰基苯甲醛等。在反应中应通过控制反应物质量比的方式得到端基为醛基的聚西夫碱，即两反应物物质的量比(醛酮类化合物芳香族一级胺类化合物)的范围在1.01∶1～1.10∶1之间。所得到的聚西夫碱的平均分子量应控制在5000～20000之间，分子量过低，聚西夫碱的导电能力太弱；分子量过高，其导电能力太强，会引起ERF在电场中漏泄电流的增大，使体系易被电击穿。得到的聚西夫碱可以通过使用P-氧化型掺杂剂(如I2蒸汽、FeCl3、高碘酸等)对其进行掺杂，以提高其电导率，由其作为分散相所组成的电流变体系在电场中会产生更高的屈服应力。掺杂可以是气—固相反应，也可以是液相反应，可通过控制掺杂剂的浓度和反应时间(对于不同的掺杂剂，其浓度和反应时间不同)来控制聚西夫碱的电导率，所得到的聚西夫碱的电导率应在10-2S/m～10-12S/m的范围内，最佳值在10-6S/m～10-10S/m的范围内，而介电常数≥10，而且其值越高越好。反应温度应控制在25℃～80℃之间，具体视所采用的何种掺杂反应方式和掺杂剂而定。得到的聚西夫碱还可以通过端基氧化的方法使其端基变成羧基，以控制其电导率和提高可极化能力，所得到的聚西夫碱的电导率应在10-2S/m～10-12S/m的范围内，最佳值在10-6S/m～10-10S/m的范围内，而介电常数≥10，而且其值越高越好。这样由其作为分散相所组成的电流变体系在电场中才会产生更高的屈服应力。氧化的方式可以是在空气中加热或在通入纯氧气的同时进行加热，反应温度应控制在40℃～150℃之间，具体视何种聚西夫碱而定。作为分散相的聚西夫碱应为球形颗粒，从理论上讲，对于相同体积的微粒，球形的表面积最大，从而可在微粒表面聚集更多的电荷，可形成更本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚西夫碱基电流变体，其特征是该电流变体是以连续液相作为分散介质和具有共轭结构的聚西夫碱作为分散相组成的体系。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘虹，王源升，朱金华，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]