CN105385163A - 减震吸能材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种减震吸能材料的制备方法，采用以无机微纳米粒子与硅氧烷类化合物混合均匀，将得到的混合物与硼类化合物进行混合交联反应得到剪切增稠凝胶，再将所述剪切增稠凝胶与添加剂混合，制备得到了减震吸能材料，上述减震吸能材料在受到冲击作用时状态会自发地从柔软转变成为坚硬，该过程中吸收能量，从而有效地起到防护作用。

Description

减震吸能材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及功能材料技术领域，特别涉及一种减震吸能材料及其制备方法。
背景技术
现在市面上的减震缓冲防护材料主要依靠弹性体泡沫或相对较柔软的可压缩性材料作为能量吸收材料。而当这种材料应用于人体防护或精密仪器防护上主要存在的缺点是减震性能有限，在受到剧烈冲击时，普通的防护材料并不能完全地将冲击能量有效地耗散掉，依然会有很强的冲击力作用在人体或设备上，会导致人体受伤或设备损坏。
发明内容
基于此，有必要提供一种能够制备出减震效果较好的减震吸能材料的方法。
此外，还提供一种减震吸能材料。
一种减震吸能材料的制备方法，包括如下步骤：
将无机微纳米粒子与硅氧烷类化合物混合均匀，得到混合物；
于40～150℃的温度条件下，将所述混合物与硼类化合物进行混合交联反应0.5～4h，得到剪切增稠凝胶；
将所述剪切增稠凝胶与添加剂混合，得到所述减震吸能材料。
在其中一个实施例中，所述无极微纳米粒子为SiO2、TiO2、高岭土、滑石粉、云母粉及蒙脱土中的最少一种,无机微纳米粒子的粒径范围为50～900nm。
在其中一个实施例中，所述硅氧烷类化合物为二甲基硅氧烷、甲基苯基硅氧烷、乙基硅氧烷、含羟基硅氧烷、苯基硅氧烷、含氢硅氧烷、乙氧基硅氧烷中的最少一种。
在其中一个实施例中，所述无机微纳米粒子与所述硅氧烷类化合物的质量比为0.1～50：100。
在其中一个实施例中，所述硼类化合物为硼、氧化硼、原硼酸、偏硼酸、四硼酸、硼酸盐、硼酸酯及硼酸酐中的至少一种；所述硼酸盐为五硼酸二铵、十水合四硼酸钠、五硼酸钾、二硼酸镁、单硼酸钙中的至少一种；所述硼酸酯包括水解成硼酸的烷基、烯丙基硼酸酯/三有机基硼酸酯，包括硼酸三乙酯、硼酸三苯酯、硼酸三苄酯、硼酸三环己酯、硼酸三(甲基甲硅烷酯)，硼酸三叔丁酯，三烷氧基环硼氧烷中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述硼类化合物中硼原子的数量与硅氧烷类化合物中活性基团的数量之比为：1:10～10:1；其中，硅氧烷类化合物中活性基团包括羟基、乙氧基、甲氧基、羧基、活性氢、苯基中至少一种。
在其中一个实施例中，所述添加剂包括有机膨润土、蓖麻油衍生物、改性聚脲化合物、聚烯烃微粒、气相二氧化硅、聚酰胺蜡中至少一种，所述蓖麻油衍生物包括氢化蓖麻油、磺化蓖麻油、环氧化蓖麻油中至少一种。
在其中一个实施例中，所述添加剂与所述剪切增稠凝胶的质量比为0.5％～20％之间。
在其中一个实施例中，所述无机微纳米粒子与硅氧烷类化合物通过强力机械搅拌或超声波混合均匀，所述强力机械搅拌实现方式包括采用间歇混合设备和连续混合设备，所述间歇混合设备包括换罐混合器，双行星式混合器，锥形螺杆混合器，带式掺合器，双臂或叶片式混合器，所述连续混合设备包括单螺杆挤出机、双螺杆和多螺杆挤出机，同向旋转挤出机，双螺杆逆向旋转挤出机，两段挤出机，双转子连续混合器；所述搅拌的速度范围为200～1000转/分，超声分散功率范围为0.1～10kW。
一种由上述减震吸能材料的制备方法制备得到的减震吸能材料。
上述减震吸能材料的制备方法操作简单，易于工业化生产。上述减震吸能材料采用以无机微纳米粒子与硅氧烷类化合物混合均匀，将得到的混合物与硼类化合物进行混合交联反应得到剪切增稠凝胶，再将所述剪切增稠凝胶与添加剂混合，制备得到了减震吸能材料，上述减震吸能材料在受到冲击作用时状态会自发地从柔软转变成为坚硬，该过程中吸收能量，从而有效地起到防护作用。
附图说明
图1为一实施方式的减震吸能材料的制备方法的流程图。
具体实施方式
下面主要结合附图及具体实施例对减震吸能材料及其制备方法作进一步详细的说明。
如图1所示，一实施方式的减震吸能材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤S110：将无机微纳米粒子与硅氧烷类化合物混合均匀，得到混合物；
其中，所述无极微纳米粒子为SiO2、TiO2、高岭土、滑石粉、云母粉及蒙脱土中的最少一种,所述无机微纳米粒子的粒径范围为50～900nm。
其中，所述硅氧烷类化合物为二甲基硅氧烷、甲基苯基硅氧烷、乙基硅氧烷、含羟基硅氧烷、苯基硅氧烷、含氢硅氧烷、乙氧基硅氧烷中的最少一种。
优选地，所述无机微纳米粒子与所述硅氧烷类化合物的质量比为0.1％～50％：100％。
优选地，所述无机微纳米粒子与硅氧烷类化合物通过强力机械搅拌或超声波混合均匀。所述搅拌的速度范围为200～1000转/分，超声分散功率范围为0.1～10kW。
优选地，所述强力机械搅拌实现方式包括采用间歇混合设备和连续混合设备。间歇混合设备包括换罐混合器，双行星式混合器，锥形螺杆混合器，带式掺合器，双臂或叶片式混合器等。连续混合设备包括单螺杆挤出机、双螺杆和多螺杆挤出机，同向旋转挤出机，双螺杆逆向旋转挤出机，两段挤出机，双转子连续混合器等。还可采用以上提及的混合设备两种或两种以上的组合。
步骤S120：于40～150℃的温度条件下，将所述混合物与硼类化合物进行混合交联反应0.5～4h，得到剪切增稠凝胶；
其中，所述硼类化合物为硼、氧化硼、原硼酸、偏硼酸、四硼酸、硼酸盐、硼酸酯及硼酸酐中的至少一种；所述硼酸盐为五硼酸二铵、十水合四硼酸钠、五硼酸钾、二硼酸镁、单硼酸钙中的至少一种；所述硼酸酯包括水解成硼酸的烷基、烯丙基硼酸酯/三有机基硼酸酯，包括硼酸三乙酯、硼酸三苯酯、硼酸三苄酯、硼酸三环己酯、硼酸三(甲基甲硅烷酯)，硼酸三叔丁酯，三烷氧基环硼氧烷中的至少一种。
优选地，所述硼类化合物中硼原子的数量与硅氧烷类化合物中活性基团的数量之比为1:10～10:1；其中，硅氧烷类化合物中活性基团包括羟基、乙氧基、甲氧基、羧基、活性氢、苯基中至少一种。
步骤S130：将所述剪切增稠凝胶与添加剂混合，得到所述减震吸能材料。
其中，所述添加剂包括有机膨润土、蓖麻油衍生物、改性聚脲化合物、聚烯烃微粒、气相二氧化硅、聚酰胺蜡中至少一种。
其中，所述添加剂与所述剪切增稠凝胶的质量比为0.5％～20％之间。
上述减震吸能材料采用以无机微纳米粒子与硅氧烷类化合物混合均匀，将得到的混合物与硼类化合物进行混合交联反应得到剪切增稠凝胶，再将所述剪切增稠凝胶与高分子基体复合(高分子基体包括聚氨酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、橡胶等)，制备得到了减震吸能材料，上述减震吸能材料在受到冲击作用时状态会自发地从柔软转变成为坚硬，该过程中吸收能量，从而有效地起到防护作用。
一种由上述减震吸能材料的制备方法制备得到的减震吸能材料。由于该减震吸能材料采用上述制备方法制备得到，使得上述减震吸能材料具有高的性能。
以下为具体实施例部分：
实施例1
本实施例的减震吸能材料的制备过程如下：
首先将粒径为300nm的SiO2纳米粒子分散到二甲基硅氧烷中，其中SiO2纳米粒子与二甲基硅氧烷的质量比为0.1：100，采用搅拌速度500rpm的强力机械搅拌，搅拌时间为2h混合，然后将混合均匀的产物与原硼酸混合，在100℃下混合交联反应2h，得到初始具有剪切增稠性能的凝胶，再将凝胶与有机膨润土混合，以改善其性能，得到所述减震吸能材料。
实施例2
本实施例的减震吸能材料的制备过程如下：
首先将粒径为50nm的TiO2纳米粒子分散到甲基苯基硅氧烷中，其中TiO2纳米粒子与甲基苯基硅氧烷的质量比为50：100，采用搅拌速度200rpm的强力机械搅拌，搅拌时间为2h混合，然后将混合均匀的产物与偏硼酸混合，在40℃下混合交联反应4h，得到初始具有剪切增稠性能的凝胶，再将凝胶与蓖麻油衍生物混合，以改善其性能，得到所述减震吸能材料。
实施例3
本实施例的减震吸能材料的制备过程如下：
首先将粒径为500nm的高岭土分散到甲基苯基硅氧烷中，其中高岭土与乙基硅氧烷的质量比为25：100，超声波处理，然后将混合均匀的产物与氧化硼混合，在80℃下混合交联反应2h，得到初始具有剪切增稠性能的凝胶，再将凝胶与改性聚脲化合物混合，以改善其性能，得到所述减震吸能材料。
实施例4
本实施例的减震吸能材料的制备过程如下：
首先将粒径为900nm的滑石粉分散到含羟基硅氧烷中，其中滑石粉与含羟基硅氧烷的质量比为30：100，采用搅拌速度200rpm的强力机械搅拌，搅拌时间为2h混合，然后将混合均匀的产物与硼酸三乙酯混合，在50℃下混合交联反应3h，得到初始具有剪切增稠性能的凝胶，再将凝胶与聚烯烃微粒混合，以改善其性能，得到所述减震吸能材料。
实施例5
本实施例的减震吸能材料的制备过程如下：
首先将粒径为900nm的云母粉分散到苯基硅氧烷中，其中云母粉与苯基硅氧烷的质量比为40：100，超声波处理，然后将混合均匀的产物与五硼酸二铵混合，在50℃下混合交联反应3h，得到初始具有剪切增稠性能的凝胶，再将凝胶与气相二氧化硅混合，以改善其性能，得到所述减震吸能材料。
实施例6
本实施例的减震吸能材料的制备过程如下：
首先将粒径为800nm的蒙脱土分散到乙氧基硅氧烷中，其中蒙脱土与乙氧基硅氧烷的质量比为50：100，超声波处理，然后将混合均匀的产物与硼酸三环己酯混合，在80℃下混合交联反应3h，得到初始具有剪切增稠性能的凝胶，再将凝胶与聚酰胺蜡混合，以改善其性能，得到所述减震吸能材料。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种减震吸能材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将无机微纳米粒子与硅氧烷类化合物混合均匀，得到混合物；
于40～150℃的温度条件下，将所述混合物与硼类化合物进行混合交联反应0.5～4h，得到剪切增稠凝胶；
将所述剪切增稠凝胶与添加剂混合，得到所述减震吸能材料。
2.根据权利要求1所述的减震吸能材料的制备方法，其特征在于，所述无极微纳米粒子为SiO2、TiO2、高岭土、滑石粉、云母粉及蒙脱土中的最少一种,所述无机微纳米粒子的粒径范围为50～900nm。
3.根据权利要求1所述的减震吸能材料的制备方法，其特征在于，所述硅氧烷类化合物为二甲基硅氧烷、甲基苯基硅氧烷、乙基硅氧烷、含羟基硅氧烷、苯基硅氧烷、含氢硅氧烷、乙氧基硅氧烷中的最少一种。
4.根据权利要求1所述的减震吸能材料的制备方法，其特征在于，所述无机微纳米粒子与所述硅氧烷类化合物的质量比为0.1～50：100。
5.根据权利要求1所述的减震吸能材料的制备方法，其特征在于，所述硼类化合物为硼、氧化硼、原硼酸、偏硼酸、四硼酸、硼酸盐、硼酸酯及硼酸酐中的至少一种；所述硼酸盐为五硼酸二铵、十水合四硼酸钠、五硼酸钾、二硼酸镁、单硼酸钙中的至少一种；所述硼酸酯包括水解成硼酸的烷基、烯丙基硼酸酯/三有机基硼酸酯，包括硼酸三乙酯、硼酸三苯酯、硼酸三苄酯、硼酸三环己酯、硼酸三(甲基甲硅烷酯)，硼酸三叔丁酯，三烷氧基环硼氧烷中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的减震吸能材料的制备方法，其特征在于，所述硼类化合物中硼原子的数量与硅氧烷类化合物中活性基团的数量之比为：1:10～10:1；其中，硅氧烷类化合物中活性基团包括羟基、乙氧基、甲氧基、羧基、活性氢、苯基中至少一种。
7.根据权利要求1所述的减震吸能材料的制备方法，其特征在于，所述添加剂包括有机膨润土、蓖麻油衍生物、气相二氧化硅、聚酰胺蜡中至少一种，所述蓖麻油衍生物包括氢化蓖麻油、磺化蓖麻油、环氧化蓖麻油中至少一种。
8.根据权利要求7所述的减震吸能材料的制备方法，其特征在于，所述添加剂与所述剪切增稠凝胶的质量比为0.5％～20％之间。
9.根据权利要求1所述的减震吸能材料的制备方法，其特征在于，所述无机微纳米粒子与硅氧烷类化合物通过强力机械搅拌或超声波混合均匀，所述强力机械搅拌实现方式包括采用间歇混合设备和连续混合设备，所述间歇混合设备包括换罐混合器，双行星式混合器，锥形螺杆混合器，带式掺合器，双臂或叶片式混合器，所述连续混合设备包括单螺杆挤出机、双螺杆和多螺杆挤出机，同向旋转挤出机，双螺杆逆向旋转挤出机，两段挤出机，双转子连续混合器；所述搅拌的速度范围为200～1000转/分，超声分散功率范围为0.1～10kW。
10.一种如权利要求1～9任意一项所述的减震吸能材料的制备方法制备得到的减震吸能材料。
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