CN109180895A - 仿生贝壳高强材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种仿生贝壳高强材料及其制备方法，属于仿生材料领域。该方法包括以下步骤：将碳化硅、氧化硅、氧化钠、聚乙烯醇、氯化钠混合，粉碎；加入石英和羟基磷灰石，搅拌后再次粉碎；加入四氢呋喃、双季戊四醇酯、烷基甜菜碱、邻苯二甲酸二丁酯混合，搅拌；加入丙酮和甲苯二异氰酸酯，用磁力搅拌器搅拌均匀；烘干，压制成贝壳状，即可。本发明将烘干温度控制在80‑90℃，烘干时间控制在5‑6h，可以防止烘得过干或过湿，影响力学性能，提高材料的硬度和拉伸强度。此外，甲苯二异氰酸酯的加入可以明显提高本发明的弹性模量。
Description
技术领域
本发明属于仿生材料领域，尤其涉及一种仿生贝壳高强材料及其制备方法。
背景技术
贝壳是软体动物的外套膜，具有一种特殊的腺细胞，其分泌物可形成保护身体柔软部分的钙化物，称为贝壳，多种多样的贝壳螺壳，形状奇特，色彩斑谰。贝壳在材料强韧化方面所创造的力学奇迹利用95％左右的原始低强度碳酸钙，加上少量蛋白质和多糖有机胶,建造了精巧的分级嵌套微结构，使韧性比组分材料提高了3个数量级，成为超级生物材料。
申请号为201610789539.9的中国专利申请公开了一种贝壳材料及其制作方法。该一种贝壳材料及其制作方法的重量份组成如下：40-50份改性PMMA树脂、70-90份贝壳粉、10-30份改性树脂，具体步骤为：将贝壳粉放入高混机内粉碎，在将粉碎后的贝壳粉放入研磨机中细化，使其细化后粒径大小控制为100目以内；加入树脂均混，搅拌，形成混合材料；将改性PMMA树脂、混合材料加热模压形成餐具，冷风干燥，有效防止焚烧造成的大气污染，并变废为宝，具有仿瓷强度高，自然质感好等特点。
发明内容
本发明提供了一种仿生贝壳高强材料及其制备方法，提高材料的硬度、拉伸强度和弹性模量。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
仿生贝壳高强材料，包括以下重量份计的原料：碳化硅40～60份、氧化硅50～60份、氧化钠30～50份、聚乙烯醇70～100份、氯化钠10～40份、石英10～20份、羟基磷灰石10～20份、四氢呋喃1～6份、双季戊四醇酯30～60份、烷基甜菜碱40～50份、邻苯二甲酸二丁酯10～20份、丙酮70～120份和甲苯二异氰酸酯4～20份。
作为优选，仿生贝壳高强材料，包括以下重量份计的原料：碳化硅50份、氧化硅55份、氧化钠40份、聚乙烯醇80份、氯化钠30份、石英15份、羟基磷灰石15份、四氢呋喃4份、双季戊四醇酯40份、烷基甜菜碱45份、邻苯二甲酸二丁酯15份、丙酮80份和甲苯二异氰酸酯12份。
作为优选，仿生贝壳高强材料，包括以下重量份计的原料：碳化硅40份、氧化硅50份、氧化钠30份、聚乙烯醇70份、氯化钠10份、石英10份、羟基磷灰石10份、四氢呋喃1份、双季戊四醇酯30份、烷基甜菜碱40份、邻苯二甲酸二丁酯10份、丙酮70份和甲苯二异氰酸酯4份。
作为优选，仿生贝壳高强材料，包括以下重量份计的原料：碳化硅60份、氧化硅60份、氧化钠50份、聚乙烯醇100份、氯化钠40份、石英20份、羟基磷灰石20份、四氢呋喃6份、双季戊四醇酯60份、烷基甜菜碱50份、邻苯二甲酸二丁酯20份、丙酮120份和甲苯二异氰酸酯20份。
作为优选，仿生贝壳高强材料，包括以下重量份计的原料：碳化硅44份、氧化硅57份、氧化钠38份、聚乙烯醇90份、氯化钠30份、石英18份、羟基磷灰石18份、四氢呋喃3份、双季戊四醇酯40份、烷基甜菜碱42份、邻苯二甲酸二丁酯12份、丙酮100份和甲苯二异氰酸酯15份。
仿生贝壳高强材料的制备方法，包括以下步骤：将碳化硅、氧化硅、氧化钠、聚乙烯醇、氯化钠混合，粉碎；加入石英和羟基磷灰石，搅拌后再次粉碎；加入四氢呋喃、双季戊四醇酯、烷基甜菜碱、邻苯二甲酸二丁酯混合，搅拌；加入丙酮和甲苯二异氰酸酯，用磁力搅拌器搅拌均匀；烘干，压制成贝壳状，即可。
作为优选，第一次粉碎时，粉碎至100-1000目。
作为优选，磁力搅拌器转速为500-1000rpm。
作为优选，烘干温度为80-90℃，烘干时间为5-6h。防止过干或者过湿，影响成型状态及力学性能。
本发明将烘干温度控制在80-90℃，烘干时间控制在5-6h，可以防止烘得过干或过湿，影响力学性能，提高材料的硬度和拉伸强度。此外，甲苯二异氰酸酯的加入可以明显提高本发明的弹性模量。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细介绍。
实施例1
仿生贝壳高强材料，包括以下重量份计的原料：碳化硅50份、氧化硅55份、氧化钠40份、聚乙烯醇80份、氯化钠30份、石英15份、羟基磷灰石15份、四氢呋喃4份、双季戊四醇酯40份、烷基甜菜碱45份、邻苯二甲酸二丁酯15份、丙酮80份和甲苯二异氰酸酯12份。
仿生贝壳高强材料的制备方法，包括以下步骤：将碳化硅、氧化硅、氧化钠、聚乙烯醇、氯化钠混合，粉碎至100-1000目；加入石英和羟基磷灰石，搅拌后再次粉碎；加入四氢呋喃、双季戊四醇酯、烷基甜菜碱、邻苯二甲酸二丁酯混合，搅拌；加入丙酮和甲苯二异氰酸酯，用磁力搅拌器搅拌均匀，转速为800rpm；烘干，烘干温度为80-90℃，烘干时间为5-6h，压制成贝壳状，即可。
实施例2
仿生贝壳高强材料，包括以下重量份计的原料：碳化硅40份、氧化硅50份、氧化钠30份、聚乙烯醇70份、氯化钠10份、石英10份、羟基磷灰石10份、四氢呋喃1份、双季戊四醇酯30份、烷基甜菜碱40份、邻苯二甲酸二丁酯10份、丙酮70份和甲苯二异氰酸酯4份。
仿生贝壳高强材料的制备方法，包括以下步骤：将碳化硅、氧化硅、氧化钠、聚乙烯醇、氯化钠混合，粉碎至100-1000目；加入石英和羟基磷灰石，搅拌后再次粉碎；加入四氢呋喃、双季戊四醇酯、烷基甜菜碱、邻苯二甲酸二丁酯混合，搅拌；加入丙酮和甲苯二异氰酸酯，用磁力搅拌器搅拌均匀，转速为1000rpm；烘干，烘干温度为80-90℃，烘干时间为5-6h，压制成贝壳状，即可。
实施例3
仿生贝壳高强材料，包括以下重量份计的原料：碳化硅60份、氧化硅60份、氧化钠50份、聚乙烯醇100份、氯化钠40份、石英20份、羟基磷灰石20份、四氢呋喃6份、双季戊四醇酯60份、烷基甜菜碱50份、邻苯二甲酸二丁酯20份、丙酮120份和甲苯二异氰酸酯20份。
仿生贝壳高强材料的制备方法，包括以下步骤：将碳化硅、氧化硅、氧化钠、聚乙烯醇、氯化钠混合，粉碎至100-1000目；加入石英和羟基磷灰石，搅拌后再次粉碎；加入四氢呋喃、双季戊四醇酯、烷基甜菜碱、邻苯二甲酸二丁酯混合，搅拌；加入丙酮和甲苯二异氰酸酯，用磁力搅拌器搅拌均匀，转速为1000rpm；烘干，烘干温度为80-90℃，烘干时间为5-6h，压制成贝壳状，即可。
实施例4
仿生贝壳高强材料，包括以下重量份计的原料：碳化硅44份、氧化硅57份、氧化钠38份、聚乙烯醇90份、氯化钠30份、石英18份、羟基磷灰石18份、四氢呋喃3份、双季戊四醇酯40份、烷基甜菜碱42份、邻苯二甲酸二丁酯12份、丙酮100份和甲苯二异氰酸酯15份。
仿生贝壳高强材料的制备方法，包括以下步骤：将碳化硅、氧化硅、氧化钠、聚乙烯醇、氯化钠混合，粉碎至100-1000目；加入石英和羟基磷灰石，搅拌后再次粉碎；加入四氢呋喃、双季戊四醇酯、烷基甜菜碱、邻苯二甲酸二丁酯混合，搅拌；加入丙酮和甲苯二异氰酸酯，用磁力搅拌器搅拌均匀，转速为900rpm；烘干，烘干温度为80-90℃，烘干时间为5-6h，压制成贝壳状，即可。
对照例1
与实施例1的区别在于：烘干温度和时间不同。
仿生贝壳高强材料，包括以下重量份计的原料：碳化硅50份、氧化硅55份、氧化钠40份、聚乙烯醇80份、氯化钠30份、石英15份、羟基磷灰石15份、四氢呋喃4份、双季戊四醇酯40份、烷基甜菜碱45份、邻苯二甲酸二丁酯15份、丙酮80份和甲苯二异氰酸酯12份。
仿生贝壳高强材料的制备方法，包括以下步骤：将碳化硅、氧化硅、氧化钠、聚乙烯醇、氯化钠混合，粉碎至100-1000目；加入石英和羟基磷灰石，搅拌后再次粉碎；加入四氢呋喃、双季戊四醇酯、烷基甜菜碱、邻苯二甲酸二丁酯混合，搅拌；加入丙酮和甲苯二异氰酸酯，用磁力搅拌器搅拌均匀，转速为800rpm；烘干，烘干温度为100℃，烘干时间为2h，压制成贝壳状，即可。
对照例2
与实施例2的区别在于：未加甲苯二异氰酸酯。
仿生贝壳高强材料，包括以下重量份计的原料：碳化硅40份、氧化硅50份、氧化钠30份、聚乙烯醇70份、氯化钠10份、石英10份、羟基磷灰石10份、四氢呋喃1份、双季戊四醇酯30份、烷基甜菜碱40份、邻苯二甲酸二丁酯10份、丙酮70份和。
仿生贝壳高强材料的制备方法，包括以下步骤：将碳化硅、氧化硅、氧化钠、聚乙烯醇、氯化钠混合，粉碎至100-1000目；加入石英和羟基磷灰石，搅拌后再次粉碎；加入四氢呋喃、双季戊四醇酯、烷基甜菜碱、邻苯二甲酸二丁酯混合，搅拌；加入丙酮，用磁力搅拌器搅拌均匀，转速为1000rpm；烘干，烘干温度为80-90℃，烘干时间为5-6h，压制成贝壳状，即可。
性能测试：拉伸测试：速率0.01mm/s，最大力为5N，测试小片边长12mm的正方形。
硬度和模量测试：Oliver Pharr计算。
从表中可以看出，将烘干温度控制在80-90℃，烘干时间控制在5-6h，可以防止烘得过干或过湿，影响力学性能，提高材料的硬度和拉伸强度。甲苯二异氰酸酯的加入可以明显提高本发明的弹性模量。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方案，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.仿生贝壳高强材料，其特征在于，包括以下重量份计的原料：碳化硅40～60份、氧化硅50～60份、氧化钠30～50份、聚乙烯醇70～100份、氯化钠10～40份、石英10～20份、羟基磷灰石10～20份、四氢呋喃1～6份、双季戊四醇酯30～60份、烷基甜菜碱40～50份、邻苯二甲酸二丁酯10～20份、丙酮70～120份和甲苯二异氰酸酯4～20份。
2.根据权利要求1所述的仿生贝壳高强材料，其特征在于，包括以下重量份计的原料：碳化硅50份、氧化硅55份、氧化钠40份、聚乙烯醇80份、氯化钠30份、石英15份、羟基磷灰石15份、四氢呋喃4份、双季戊四醇酯40份、烷基甜菜碱45份、邻苯二甲酸二丁酯15份、丙酮80份和甲苯二异氰酸酯12份。
3.根据权利要求1所述的仿生贝壳高强材料，其特征在于，包括以下重量份计的原料：碳化硅40份、氧化硅50份、氧化钠30份、聚乙烯醇70份、氯化钠10份、石英10份、羟基磷灰石10份、四氢呋喃1份、双季戊四醇酯30份、烷基甜菜碱40份、邻苯二甲酸二丁酯10份、丙酮70份和甲苯二异氰酸酯4份。
4.根据权利要求1所述的仿生贝壳高强材料，其特征在于，包括以下重量份计的原料：碳化硅60份、氧化硅60份、氧化钠50份、聚乙烯醇100份、氯化钠40份、石英20份、羟基磷灰石20份、四氢呋喃6份、双季戊四醇酯60份、烷基甜菜碱50份、邻苯二甲酸二丁酯20份、丙酮120份和甲苯二异氰酸酯20份。
5.根据权利要求1所述的仿生贝壳高强材料，其特征在于，包括以下重量份计的原料：碳化硅44份、氧化硅57份、氧化钠38份、聚乙烯醇90份、氯化钠30份、石英18份、羟基磷灰石18份、四氢呋喃3份、双季戊四醇酯40份、烷基甜菜碱42份、邻苯二甲酸二丁酯12份、丙酮100份和甲苯二异氰酸酯15份。
6.基于权利要求1所述的仿生贝壳高强材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将碳化硅、氧化硅、氧化钠、聚乙烯醇、氯化钠混合，粉碎；加入石英和羟基磷灰石，搅拌后再次粉碎；加入四氢呋喃、双季戊四醇酯、烷基甜菜碱、邻苯二甲酸二丁酯混合，搅拌；加入丙酮和甲苯二异氰酸酯，用磁力搅拌器搅拌均匀；烘干，压制成贝壳状，即可。
7.根据权利要求6所述的仿生贝壳高强材料的制备方法，其特征在于，第一次粉碎时，粉碎至100-1000目。
8.根据权利要求6所述的仿生贝壳高强材料的制备方法，其特征在于，磁力搅拌器转速为500-1000rpm。
9.根据权利要求6所述的仿生贝壳高强材料的制备方法，其特征在于，烘干温度为80-90℃，烘干时间为5-6h。
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| CN102690566A (zh) * | 2012-06-01 | 2012-09-26 | 安徽省金盾涂料有限责任公司 | 一种水性抗静电涂料 |
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