一种基于多级能量耗散机制的高性能阻尼减振弹性体及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种基于多级能量耗散机制的高性能阻尼减振弹性体及其制备方法，所述阻尼减振橡胶以带长侧链的丙烯酸酯类单体为主单体，以带胺基和带羧基的丙烯酸酯类单体为共聚单体，通过共聚在丙烯酸酯类单体的分子侧链上引入胺基和羧基，这两种基团间可同时形成氢键、离子键以及尺寸不同的聚集体，使得弹性体既具有较高的力学性能又具有优异的阻尼减振性能；所述阻尼减振弹性体的摩尔组分构成为：带长侧链的丙烯酸酯类单体70

【技术实现步骤摘要】
一种基于多级能量耗散机制的高性能阻尼减振弹性体及其制备方法


[0001]本专利技术属于橡胶材料
，具体涉及一种基于多级能量耗散机制的高性能阻尼减振弹性体及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前，在日常生活和工业生产中，如使用冰箱、车辆、飞机等的时候，振动和噪音是普遍存在的。它们不仅会导致共振、结构故障和疲劳失效，还会对人体健康造成危害。为了有效地降低振动和由此产生的噪声，人们通常会选用粘弹性阻尼高分子材料(Scientific Reports 2016,6,22810)。过去，传统的橡胶材料常被使用来达到这一目的。然而，基于传统橡胶材料的改性存在设计复杂，或阻尼效果不够的问题。
[0003]近年来，人们发现基于动态分子间相互作用(氢键、离子键、金属配位作用等)的超分子聚合物(Advanced Materials 2017,29,1604951；Advanced Functional Materials 2018,28,1800741)可以通过这种相互作用的可逆破坏来有效地耗散能量，从而实现优良的阻尼减振效果。例如，Yan等人报道了一种基于四重氢键的超分子弹性体，具有良好的抵抗冲击的能力，可将冲击力降低70％(Journal of the American Chemical Society 2021,143,1162)。因此，发展利用基于超分子相互作用的弹性体来实现阻尼减振是一种极具前景且有效的方法。不过，如何提升其阻尼性能仍然是一个有待探讨的问题。
[0004]尽管有一些研究者已经通过模拟具有优异减振性能的天然材料(如贻贝足丝)的结构来设计阻尼减振弹性体(Biomimetics 2019,4,25)，但是这些超分子聚合物的制备通常涉及多个步骤，构建了复杂的层次结构。另外，它们的阻尼性能尚未被研究。所以，寻找简单的方法制备高性能阻尼减振弹性体仍是一个巨大的挑战。

技术实现思路

[0005]针对现有制备阻尼减振弹性体技术的不足，本专利技术设计了一种高性能阻尼减振弹性体材料，并提供了一种简单的制备高性能阻尼减振弹性体的方法。
[0006]本专利技术的设计理念与有益效果：本专利技术通过在弹性体中引入强度不同的动态分子间相互作用构建多级能量耗散机制，从而提高弹性体的力学性能与阻尼减振效果。具体地，我们在弹性体分子的侧链上引入羧基(位于直链状侧基)和胺基(位于环状侧基)，在这两种基团间可同时形成氢键、离子键以及尺寸不同的聚集体。当弹性体受到外力时，弱的氢键首先断裂，然后离子键和聚集体由小到大变形至最终断裂。多重动态相互作用的增强及多级能量耗散机制使得弹性体具有较高的力学强度及优异的阻尼减振性能。
[0007]具体地，本专利技术提供的基于多级能量耗散机制的高性能阻尼减振弹性体是以带长侧链的丙烯酸酯类单体为主单体，以带胺基和带羧基的丙烯酸酯类单体为共聚单体，通过共聚在丙烯酸酯类单体的分子侧链上引入胺基和羧基，这两种基团间可同时形成氢键、离子键以及尺寸不同的聚集体，使得弹性体既具有较高的力学性能又具有优异的阻尼减振性
能；高性能阻尼减振弹性体的摩尔组分构成为：带长侧链的丙烯酸酯类单体70
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94份，带胺基的丙烯酸酯类单体3
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15份，带羧基的丙烯酸酯类单体3
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15份，且带胺基的丙烯酸酯类单体和带羧基的丙烯酸酯类单体的含量相等，聚合引发剂0.001
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0.05份。进一步地，带胺基的丙烯酸酯类单体5
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10份，带羧基的丙烯酸酯类单体5
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10份。
[0008]在本专利技术中，所述带长侧链的丙烯酸酯类单体是指侧链长度不同且易于进行共聚的丙烯酸酯类单体。通过选择不同侧链长度的丙烯酸酯类单体作为主单体进行共聚反应，可以调节弹性体侧链上胺基和羧基之间的距离，从而调控弹性体中氢键和离子键的比例。另外，还可调节弹性体基体的玻璃化转变温度。具体可选丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸己酯、丙烯酸戊酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸戊酯，可以是它们中的一种或一种以上。
[0009]在本专利技术中，所述带胺基的丙烯酸酯类单体优选胺基位于环状侧基上的丙烯酸酯类单体。进一步地，具体可选乙烯基咪唑、乙烯基吡啶、乙烯基苯并咪唑、2
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甲基
‑1‑
乙烯基咪唑等。
[0010]在本专利技术中，所述带羧基的丙烯酸酯类单体优选羧基位于直链状侧基上的丙烯酸酯类单体。进一步地，具体可选丙烯酸、甲基丙烯酸、丁烯
‑3‑
酸、3
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戊烯酸、反式
‑3‑
己烯酸、3
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庚烯酸、4
‑
烯戊酸等。
[0011]针对本专利技术所述的制备高性能阻尼减振弹性体的方法，可通过包括以下工艺步骤的方法进行制备：
[0012](1)反应溶液的制备：将配方量的带长侧链的丙烯酸酯类单体、带胺基的共聚单体和带羧基的共聚单体加入到反应溶剂中配制成浓度为0.004
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0.01mol/ml的单体溶液；
[0013](2)单体的聚合：将步骤(1)所制得的单体溶液加入密闭且通入保护气的三颈瓶中，除去体系中的氧气，加入引发剂0.001
‑
0.05摩尔份，在40
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90℃下搅拌，聚合反应进行，反应时间不少于1小时；
[0014](3)聚合物的后处理：将步骤(2)反应结束后所得的溶液加入沉淀剂中进行沉淀，将未反应的单体从所得的沉淀物中除去，再将沉淀物用溶剂溶解得到溶液，将此溶液再次加入沉淀剂中进行沉淀，重复此操作多次。经分离得到的固体产物干燥至恒重，即制得高性能阻尼减振弹性体。
[0015]在本专利技术所述的制备方法中，所述引发剂优选偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二苯甲酰、过氧化十二酰、过氧化二异丙苯、过氧化二特丁基和过氧化二碳酸二异丙酯。
[0016]在本专利技术所述的制备方法中，所述沉淀剂优选石油醚、正己烷、正戊烷、环己烷、二氯甲烷、水、丙酮、异戊烷、异辛烷、三甲基戊烷、环戊烷、四氯化碳、乙醚和丙醚。
[0017]在本专利技术所述的制备方法中，所述保护气优选氩气或者氮气。
[0018]本专利技术提供的基于多级能量耗散机制的高性能阻尼减振弹性体，是通过在弹性体分子链上引入胺基和羧基作为侧基，并通过带长侧基的主单体调控胺基和羧基之间的距离，使得在它们之间同时形成氢键、离子键及大小不同的聚集体。在小应变下，较弱的氢键首先断裂，而离子键和聚集体使弹性体保持结构完整性。随着应变的进一步增加，离子键开始解离，聚集体从弱到强依次被破坏，导致更多的能量耗散。因此，这种多重耗能机制赋予了弹性体较高的强度及优异的减振性能。
[0019]本专利技术提供的基于多级能量耗散机制的高性能阻尼减振弹性体，其力学性能采用
GB/T 529
‑
1999规定方法测试，其拉伸强度为0.16
‑
21MPa，断本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多级能量耗散机制的高性能阻尼减振弹性体，其特征在于，以带长侧链的丙烯酸酯类单体为阻尼橡胶的主单体，以带胺基和带羧基的丙烯酸酯类单体为共聚单体，通过共聚在丙烯酸酯类单体的分子侧链上引入胺基和羧基；所述阻尼减振弹性体的摩尔组分构成为：带长侧链的丙烯酸酯类单体70
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94份，带胺基的丙烯酸酯类单体和带羧基的丙烯酸酯类单体的摩尔含量为3
‑
15份且相等，聚合引发剂0.001
‑
0.05份。2.如权利要求1所述的基于多级能量耗散机制的高性能阻尼减振弹性体，其特征在于，带胺基的丙烯酸酯类单体5
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10份，带羧基的丙烯酸酯类单体5
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10份。3.如权利要求1或2所述的基于多级能量耗散机制的高性能阻尼减振弹性体，其特征在于，所述带长侧链的丙烯酸酯类单体选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸己酯、丙烯酸戊酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸戊酯中的至少一种。4.如权利要求1或2所述的基于多级能量耗散机制的高性能阻尼减振弹性体，其特征在于，带胺基的丙烯酸酯类单体为胺基位于环状侧基上的丙烯酸酯类单体。5.如权利要求1或2所述的基于多级能量耗散机制的高性能阻尼减振弹性体，其特征在于，带羧基的丙烯酸酯类单体为羧基位于直链状侧基上的丙烯酸酯类单体。6.权利要求1至5之一所述基于多级能量耗散机制的高性能阻尼减振弹性体的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴锦荣，侯雨佳，彭燕，兀琪，李维航，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：