本发明专利技术提供苯乙烯-丙烯酸酯互穿网络共聚物/蒙脱石纳米复合材料的制备方法，该方法包括如下步骤：(1)原料的提纯或精制；(2)网络I单体-蒙脱石预乳化液的制备；(3)网络I/蒙脱石乳液的制备；(4)剥离型苯乙烯-丙烯酸酯互穿网络聚合物/蒙脱石纳米复合乳液的制备。由该方法制备的剥离型苯乙烯-丙烯酸酯互穿网络共聚物/蒙脱石纳米复合材料具有优异的阻尼性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及复合材料，尤其涉及互穿网络共聚物与蒙脱石的纳米复合材料及其制备方法。
技术介绍
随着现代科学技术的飞速发展，宽频率的随机振动和噪声日益加剧，并激发机器和设备的多重振动，因此振动和噪声的控制对于设计而言是非常重要的。另外，振动和噪声还对人们的正常生活工作，甚至身体健康带来不良的影响，为此人们研究并开发了多种减小振动和噪声的有效方法和技术措施。阻尼减振技术是有效控制结构振动和噪声的方法之一。阻尼材料是一种能吸收振动机械能量并将其转化为热能而消耗的新型功能材料，它利用材料基体在形变时把动能转变成为热能的原理使结构的共振振幅降低，从而增加抗疲劳寿命和降低结构噪声。目前应用领域最广的粘弹性阻尼材料，即高分子阻尼材料，其阻尼性能是由于其特殊的分子结构所决定的。高分子聚合物是由若干相同的分子链节依靠化学键连接起来的大分子，而且在很多情况下，分子链上还存在着支链，这样，分子链与分子链之间就不可避免形成缠结，当聚合物处在玻璃化转变温度以下时，链段运动处于冻结状态，此时高聚物处于玻璃态，表现出硬性。人们日常生活中使用的塑料如聚乙烯、聚丙烯等即是在这种状态下工作的。而与此不同的是另一类高聚物即橡胶的工作温度是在材料的玻璃化转变温度以上，此时高聚物处于橡胶态，分子链段处于解缠结的状态，链段运动活跃，在高分子链节之间进行化学交联后， 使橡胶既有良好的弹性还能抑制分子流动，发生塑性形变。在玻璃化转变温度附近，高聚物分子链节与链段处于冻结与解冻之间的临界状态。当基体受到外力时，分子链从外界吸收能量促使分子内-C-C-链发生旋转，通过构象改变来实现链段运动。当外力解除后，变形的分子链要恢复原状，释放出外力所做的功，这就是粘弹性材料的弹性；由于链段运动和变形均需要克服分子内势能和分子间作用力，并且分子运动滞后于应力变化，从而导致滞后于内耗，使动能转变为热能，消耗于周围环境中，这就是粘弹性材料产生阻尼的原因。当高分子材料受到交变应力的作用时，其形变行为是弹性形变与粘性流动的结合，会产生“滞后现象”，即在交变应力的作用下，高分子材料的形变落后于应力，因此在应力循环作用过程中，会产生能量损耗，称之为力学损耗或内耗，此时E* = E' +iE"tan δ = iE" E'其中E'-储能模量；E"-耗能模量；tan δ -损耗因子(阻尼值)。互穿聚合物网络(IPN)是近年来快速发展的一种高分子阻尼材料，其可将聚合物材料的Tg转变区域拓宽到80 100°C以上，从而显著提高阻尼性能。由于聚丙烯酸酯类聚合物的玻璃化温度可在107°C (聚甲基丙烯酸叔丁酯)和-70°C (聚丙烯酸辛酯)之间有多种选择性，且丙烯酸酯类聚合物具有优良的耐候性、耐油性、物理机械性能等，故它们的均聚物或共聚物以及它们的共混物非常适于设计阻尼材料。而当纳米粒子特别是二维纳米片均勻分散于聚合物基体中之后，将能大大改进和提高材料原有的应用性能，同时还能赋予基体材料其他新的性能增强增韧性能、耐磨性能、阻透性能、抗菌性能、抗老化性能及防紫外线性能。因此在互穿聚合物网络的基础上合成聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料成为阻尼材料新的发展方向，为阻尼材料的使用增加更广泛的空间。专利号为03113^8. X的中国专利公开了聚合物/黏土纳米复合材料及其制备方法，其中该聚合物/黏土纳米复合材料包括聚合物10-90份；黏土 0. 1-10份；有机硅表面活性剂0. 1-30份；乙烯类单体10-90份；分散介质3-1000份；催化剂0. 1-1份；引发剂0. 1-2份；促进剂0. 1-2份；所述的聚合物是甲苯二异氰酸酯、六次甲基二异氰酸酯、4， 4-二苯甲烷二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯分别和聚醚、聚酯或蓖麻油所形成的聚氨酯预聚体，所述的乙烯类单体是苯乙烯、丙烯腈、醋酸乙烯酯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺单体，该聚合物/黏土纳米复合材料为高性能的互穿网络聚合物/黏土纳米复合材料。不过，该专利文献中公开的是以聚氨酯为基的橡胶组分(网状结构)、乙烯基单体聚合后形成的塑料类组分(线型结构)与有机粘土粉体复合而得到的互穿网络聚合物/黏土纳米复合材料，文中没有涉及得到剥离型纳米复合材料。而且，未涉及到其阻尼性能特征的表述。另外，专利号为200710027570. X的中国专利公开了聚合物/有机蒙脱土纳米复合阻燃母料及其制备方法，该方法以水为介质，在乳化剂存在的条件下，通过引发剂引发进入有机蒙脱土层间的丙烯酸酯类单体或苯乙烯单体发生聚合，得到聚合物/有机蒙脱土纳米复合阻燃母料。不过，该专利文献公开的是普通的聚合物/有机蒙脱土纳米复合材料，而不是互穿网络聚合物/蒙脱土复合材料。蒙脱石(Montmorillonite，MMT)是使用广泛的一类层状硅酸盐，是我国盛产的一类天然粘土矿物。因此，存在对于用作阻尼材料的互穿网络聚合物/蒙脱石纳米复合材料的开发需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供剥离型苯乙烯-丙烯酸酯互穿网络共聚物/蒙脱石纳米复合材料及其制备方法。本专利技术人经过锐意研究发现，将蒙脱石水化液用超声进行处理，通过超声对蒙脱石的物理效应和化学效应，可以将蒙脱石有效分散，同时体系中的乳化剂和单体能顺利的插入蒙脱石层间，然后通过乳液原位聚合法，蒙脱石被剥离为纳米碎片，并分散在以苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸甲酯为核，以丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸和丙烯酸乙酯为壳的互穿网络聚合物基体中，从而形成剥离型苯乙烯-丙烯酸酯互穿网络共聚物/蒙脱石纳米复合材料，从而完成本专利技术。本专利技术一方面提供苯乙烯-丙烯酸酯互穿网络共聚物/蒙脱石纳米复合材料的制备方法，该方法包括如下步骤(1)原料的精提纯或精制，其包括将作为原料的以下物质分别进行提纯或精制 作为层状硅酸盐的蒙脱石，作为网络I的单体的苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸甲酯，作为网络II的单体的丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸和丙烯酸乙酯，以及作为引发剂的过硫酸铵；(2)网络I单体-蒙脱石预乳化液的制备将提纯后的蒙脱石加入水中，搅拌、超声分散后得蒙脱石水化液，将乳化剂十二烷基磺酸钠(SDQ和壬基酚聚氧乙烯醚(0P-10) 溶于去离子水中，加热搅拌，得到透明的乳化剂溶液，然后将蒙脱石水化液、网络I单体、部分乳化剂溶液、缓冲剂、交联剂及部分引发剂水溶液在常温下高速搅拌或在超声水浴中常温高速搅拌，得到网络I单体-蒙脱石预乳化液；(3)网络I/蒙脱石乳液的制备将部分网络I单体-蒙脱石预乳化液投入至反应容器中，升温至25-90°C，反应直至反应容器中的乳液变蓝，升温至30-90°C，滴加剩余的网络I单体-蒙脱石预乳化液和引发剂溶液，滴加完成后，再一次性加入剩余的引发剂溶液， 搅拌下保温反应，检测单体的转化率，直至转化率恒定，得到网络I/蒙脱石乳液；(4)剥离型苯乙烯-丙烯酸酯互穿网络聚合物/蒙脱石纳米复合乳液的制备将网络II单体、部分乳化剂溶液、缓冲剂及交联剂在常温下搅拌混合，配制成网络II单体预乳化液，取其部分加入至网络I/蒙脱石乳液中，在常温下溶胀搅拌，然后升温至25-90°C， 加入引发剂溶液，反应直至反应容器中的乳液变蓝，升温至30-90°C，滴加剩余的网络II单体预乳化液及引发剂溶液，滴加完后，将剩余的引发剂一次性加入，保温反应，检测单体的转化率，至转化本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．苯乙烯－丙烯酸酯互穿网络共聚物／蒙脱石纳米复合材料的制备方法，该方法包括如下步骤：（１）原料的提纯或精制，其包括将作为原料的以下物质分别进行提纯或精制：作为层状硅酸盐的蒙脱石，作为网络Ｉ的单体的苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸甲酯，作为网络ＩＩ的单体的丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸和丙烯酸乙酯，以及作为引发剂的过硫酸铵；（２）网络Ｉ单体－蒙脱石预乳化液的制备：将提纯后的蒙脱石加入水中，搅拌后超声分散后得水化蒙脱石液，将乳化剂十二烷基磺酸钠（ＳＤＳ）和壬基酚聚氧乙烯醚（ＯＰ－１０）溶于去离子水中，加热搅拌，得到透明的乳化剂溶液，然后将蒙脱石水化液、网络Ｉ单体、乳化剂溶液、缓冲剂、交联剂和部分引发剂溶液在常温下高速搅拌或在超声水浴中常温高速搅拌，得网络Ｉ单体－蒙脱石预乳化液；（３）网络Ｉ／蒙脱石乳液的制备：将部分网络Ｉ单体－蒙脱石预乳化液投入至反应容器中，升温至２５－９０℃，直至反应容器中的乳液变蓝，升温至３０－９０℃，滴加剩余的网络Ｉ单体－蒙脱石预乳化液和引发剂溶液，滴加完成后，一次加入剩余的引发剂溶液，搅拌下保温反应，检测单体的转化率，直至转化率恒定，得到网络Ｉ／蒙脱石乳液；（４）剥离型苯乙烯－丙烯酸酯互穿网络聚合物／蒙脱石纳米复合乳液的制备：将网络ＩＩ单体、乳化剂溶液、缓冲剂及交联剂混合，在常温下高速搅拌，配制成网络ＩＩ单体预乳化液，取其部分加入至网络Ｉ／蒙脱石乳液中，在常温下溶胀搅拌，然后升温至２５－９０℃，加入引发剂溶液后搅拌反应，直至烧瓶中的乳液变蓝，升温至３０－９０℃，滴加剩余的网络ＩＩ单体预乳化液和引发剂溶液，滴加完后，一次加入剩余的引发剂溶液，保温反应，检测单体的转化率，至转化率恒定，得到剥离型苯乙烯－丙烯酸酯互穿网络聚合物／蒙脱石纳米复合乳液；或者将网络ＩＩ单体及交联剂混合，取其部分加入网络Ｉ聚合物乳液中，常温溶胀搅拌，然后升温至２５－９０℃，加入引发剂溶液，然后滴加网络ＩＩ单体与交联剂的混合物及引发剂溶液，得到剥离型苯乙烯－丙烯酸酯互穿网络聚合物／蒙脱石纳米复合乳液；其中，作为交联剂使用二乙烯基苯，作为引发剂使用过硫酸钾。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张泽朋，刘晓明，胡泊，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：11
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