具有阻尼提升效應(yīng)的部分充滿齊聚物粘流液體的空腔微膠囊及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于阻尼材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有阻尼提升效應(yīng)的部分充滿齊聚物粘流液體的空腔微膠囊及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]阻尼材料是一類將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能而耗散的功能材料，因此可利用其在變形時(shí)將動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿脑韥斫档腕w系中的共振振幅并增加疲勞壽命。阻尼材料具有多種分類，其中的高分子阻尼材料是以高分子聚合物為基料樹脂制得的，可以減振、隔聲并具有一定密封性。高分子阻尼材料可廣泛應(yīng)用于車輛、船舶、飛機(jī)和各種機(jī)械的減振降噪。
[0003]為了提升材料本身的阻尼性能，向聚合物材料中摻雜宏觀或微觀填料來實(shí)現(xiàn)被動(dòng)振動(dòng)控制已被廣泛研究。填料的添加能夠顯著影響材料的阻尼性能。向聚合物體系中加入填料有很多作用，如擴(kuò)大阻尼溫域、使材料的阻尼性穩(wěn)定和降低成本。常用的填料體系為云母，玻璃珠，炭黑等片狀或顆粒狀填料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明利用微膠囊技術(shù)制備部分充滿齊聚物粘流液體的空腔微膠囊，根據(jù)不同的微膠囊結(jié)構(gòu)要求，進(jìn)一步可以在該微膠囊外部包覆金屬層或聚合物-無機(jī)雜化層形成多層微膠囊結(jié)構(gòu)，將具有單層或雙層微膠囊壁結(jié)構(gòu)的部分充滿齊聚物粘流液體的空腔微膠囊作為微型阻尼器分散在聚合物涂料中以提升涂料自身的阻尼性能，其能夠解決普通阻尼材料厚度過厚、阻尼層形狀不靈活等缺點(diǎn)。
[0005]—種部分充滿齊聚物粘流液體的空腔多層微膠囊的制備方法，其步驟如下:
[0006](I)將乳化劑阿拉伯樹膠溶于去離子水，配成濃度為0.05?2.5wt.%的水相溶液，將反應(yīng)物A(如對(duì)苯二甲酰氯，鄰苯二甲酰氯，間苯二甲酰氯，4，4-二苯醚二酰氯，I，3，5-苯三甲酰氯，I，2_環(huán)己烷二甲酰氯，2，4_甲苯二異氰酸酯，異氟爾酮二異氰酸酯，鄰苯二甲基二異氰酸酯，二苯基甲烷二異氰酸酯，I，4_環(huán)己烷二異氰酸酯，I，6_二異氰酸酯基己烷，三苯甲烷三異氰酸酯等，其用量為水相去離子水的I?15wt.%)和齊聚物粘流液體(硅橡膠如SYLGARD 184、SR-315、SP-352、KE347、DE900、KE900、B6630INT 等；硅油如二甲基硅油 201、PMX-0110、PMX-0156、DC200、8209A、DC1107 等；聚乙二醇如聚乙二醇 200、聚乙二醇 400、聚乙二醇600等;天然油脂如蓖麻油、菜子油、米糠油、豆油、花生油、棕櫚油、棕櫚仁油等;礦物油等，其用量為反應(yīng)物A的10?150wt.%)—同溶于易揮發(fā)有機(jī)溶劑(如二氯甲烷、乙酸乙酯、丙酮、四氫呋喃等，有機(jī)溶劑的用量為水相溶液的5?20wt.% )中配成油相溶液;將多元親水反應(yīng)物B(親水的二元或多元反應(yīng)物，如聚合度200?6000的聚乙二醇、聚合度200?8000的聚醚二元醇或三元醇、聚合度200?8000的聚酯二元醇或三元醇；乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、甘油、三聚氰胺等)溶于去離子水，得到濃度為0.05wt.%?25wt.%的多元親水反應(yīng)物B水溶液;反應(yīng)物A的異氰酸酯或酰氯反應(yīng)基團(tuán)與反應(yīng)物B的羥基或氨基反應(yīng)基團(tuán)的摩爾比為1:1;
[0007](2)將步驟(I)制備的油相溶液加入到水相溶液中，高速剪切(剪切速率為2000?20000rpm)乳化3?20min后常溫勻速攪拌(攪拌速率200?800rpm)，得到均勻分散的水包油乳化液滴，再向其中勻速滴加多元親水反應(yīng)物B水溶液(滴加速率0.1?0.3mL/s，反應(yīng)物B與反應(yīng)物A在水包油乳化液滴的表面發(fā)生界面聚合形成微膠囊壁)，反應(yīng)5?30min，升高水浴溫度至60?80°C，反應(yīng)3?8h，靜置過夜后過濾、水洗、干燥20?30h得到部分充滿齊聚物粘流液體的空腔微膠囊粉末，微膠囊壁為單層聚合物層(如聚酰胺、聚氨酯或聚脲等)。
[0008]在步驟(I)和步驟(2)的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同微膠囊結(jié)構(gòu)的要求，可按順序選擇進(jìn)行以下單項(xiàng)或多項(xiàng)步驟，制備具有不同層數(shù)的微膠囊結(jié)構(gòu):
[0009]在步驟(I)的水相溶液中分散親水性納米有機(jī)粒子(如二氧化硅，二氧化鈦等，納米粒子尺寸范圍是5?lOOnm，納米粒子的投入量為水相溶液的0.01?Iwt.% )，再進(jìn)行前面所述的步驟(2)，通過界面聚合法在乳化液滴表面反應(yīng)生成交聯(lián)的聚合物一無機(jī)雜化的微膠囊壁，得到部分充滿齊聚物粘流液體的空腔聚合物-無機(jī)雜化微膠囊粉末。
[0010]或?qū)⒉襟E(2)制備的微膠囊粉末用去離子水和乙醇交替洗滌(先用水洗，再用乙醇洗為一個(gè)周期，重復(fù)5?15次)后浸入離子聚合物(聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(PMETAC)，聚丙烯酸(PAA)等)的乙醇溶液(I?1wt.%)中，80?100°C下烘干，蒸發(fā)乙醇;室溫下在氨氣中培養(yǎng)0.5?5h后干燥；然后再依次將微膠囊粉末浸入引發(fā)劑的水溶液(如(NH4)2PdCl4、[Pd(NH3)4]Cl2等，水溶液濃度為0.1?1臟01/1)中浸泡1?311和去離子水中浸泡I?3h，將多余的引發(fā)劑去除；最后將微膠囊浸入化學(xué)鍍沉積液(CuCl2、CuS04、NiS04、CrCl3等的水溶液，濃度為0.1?2mol/L)中，加入還原劑(硼氫化鈉、甲醛、二甲胺硼烷、次磷酸鈉、乙醛酸等的水溶液，濃度為0.01?30g/L)，氧化還原(時(shí)間范圍是5?60min)，從而在微膠囊壁外部沉積得到金屬層(銅層，鎳層，鉻層等)。
[0011]或?qū)⒉襟E(2)制備的微膠囊放入真空蒸鍍機(jī)中，在真空條件下，通過蒸餾或?yàn)R射的方式在微膠囊表面沉積金屬層(如銅層，鋁層等)。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于將微膠囊技術(shù)與阻尼材料相結(jié)合，將齊聚物粘流液體包覆在微膠囊中，制備具有部分充滿結(jié)構(gòu)的空腔多層微膠囊。按需求不同，可得到四種結(jié)構(gòu)的微膠囊:1.具有單層聚合物層的微膠囊;2.具有聚合物-無機(jī)雜化層的單層微膠囊;3.具有聚合物層和金屬層的雙層微膠囊;4.具有聚合物-無機(jī)雜化層和金屬層的雙層微膠囊。該微膠囊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，粒徑分布均一，具有一定強(qiáng)度，可以通過調(diào)整油相原料的投入比來調(diào)節(jié)齊聚物粘流液體占微膠囊空腔的體積比。微膠囊結(jié)構(gòu)模擬圖如圖1所示;微膠囊內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示；將微膠囊作為特殊填料分散在涂料(如聚氨酯，環(huán)氧樹脂，丙烯酸酯等)中，可以一定程度上提升涂料自身的阻尼性能，如圖3所示。
【附圖說明】
[0013]圖1為微膠囊結(jié)構(gòu)示意圖(I為微膠囊金屬層，2為聚合物層或聚合物-無機(jī)雜化層，3為微膠囊中部分充滿的齊聚物粘流液體)；
[0014]圖2為微膠囊表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖(實(shí)施例8);
[0015]圖3為調(diào)整微膠囊內(nèi)部囊芯占空腔體積比對(duì)材料E51阻尼性能影響對(duì)比圖(圖3所用儀器為DMAQ800，對(duì)實(shí)施例8，對(duì)樣板條的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能進(jìn)行一系列的測(cè)試，采用的模式為三點(diǎn)彎曲模式，tanS-T測(cè)試頻率為1Hz，溫度測(cè)試區(qū)間為50?200°C，升溫速率為10°C/min。圖3中實(shí)線為實(shí)施例8得到的微膠囊粉末加工成的樣板條的損耗因子隨溫度變化曲線，虛線為空白樣板條的損耗因子隨溫度變化曲線。
[0016]標(biāo)樣制備
[0017]將微膠囊粉末分散在環(huán)氧樹脂E51中(微膠囊粉末的質(zhì)量為環(huán)氧樹脂E51質(zhì)量的
0.1?50wt.% )，加入胺類固化劑(加入量5?1wt.% )，將得到的混合液體澆入金屬鋁模具中，80?90°C固化I?3h，得到用于測(cè)試微膠囊阻尼性能，S卩DMA測(cè)試的長(zhǎng)方體樣條(樣條規(guī)格為 15mm*30mm)。
[0018]作為對(duì)比，將環(huán)氧樹脂E51與上述同樣比例的胺類固化劑混合，將得到的混合液體澆入金屬鋁模具中，80?90°C固化I?3h，得到空白版樣條。
【具體實(shí)施方式】
[0019]實(shí)施例1
[0020]1.將2.0g阿拉伯樹膠溶于ISOmL去離子水，配成水相溶液;將5.50g異氟爾酮二異氰酸酯、2.0g硅橡膠SYLGARD 184溶于1mL的有機(jī)溶劑乙酸乙酯，配成油相溶液;將2.553g二乙烯三胺溶于20mL去離子水，得到多元親水反應(yīng)物水溶液；
[0021]2.將步驟I制備的油相溶液投入水相溶液中，高速剪切乳化5min(2000rpm)，將乳化液移至500mL三頸瓶，機(jī)械攪拌500rpm，常溫勻速滴加二乙烯三胺的水溶液，反應(yīng)30min;水浴鍋升溫至600C，反應(yīng)3h;將生成物靜置過夜，過濾，水洗，70 V鼓風(fēng)干燥24h得到部分充滿硅橡膠粘流液體的空腔微膠囊粉末，產(chǎn)物質(zhì)量大約為6.7g，包覆的硅橡膠占微膠囊空腔體積的24%。
[0022]3.將5g干燥的微膠囊粉末用去離子水和乙醇交替洗滌5次，浸入聚合物聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨的乙醇溶液(2wt.% )中Ih，85°C干燥半小時(shí)；隨后將微膠囊放入在氨氣中培養(yǎng)2小時(shí)，80°C干燥半小時(shí)；然后依次將微