CN113019274B - 一种聚合物-金属/金属氧化物双层壳微胶囊及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于润滑材料技术领域的一种聚合物‑金属/金属氧化物双层壳微胶囊及其制备方法。所述双层壳微胶囊由芯材和壳壁构成，芯材为液体润滑剂，壳壁为有机‑无机双层壳，内层壳壁为聚合物材料，外层壳壁为金属或金属氧化物材料。相比于传统的聚合物壳微胶囊，聚合物‑金属/金属氧化物双层壳微胶囊的力学性能更优。利用该聚合物‑金属/金属氧化物双层壳微胶囊制备的自润滑复合材料，可以大大提高微胶囊复合材料的机械性能及摩擦学性能，有利于延长材料的使用寿命，在航空航天、海洋工程等领域具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于润滑材料技术领域，尤其涉及一种聚合物-金属/金属氧化物双层壳微胶囊及其制备方法。
背景技术
从50年代初美国NCR公司的无碳复写纸到今天，微胶囊技术已经在医学、染料、颜料、涂料、食品、日用化学品、新材料、肥料、化工等诸多领域得到了广泛的应用。大量研究表明，将含液态润滑剂的微胶囊加入聚合物基体中，当摩擦过程触发时，液体润滑剂会从微胶囊释放到界面，从而有效改善聚合物复合材料的摩擦学性能。然而，微胶囊的加入会降低材料的机械性能，直接影响了微胶囊在润滑材料领域的应用。通常，研究者向聚合物基体中加入碳纤维、玻璃纤维等以改善微胶囊复合材料的力学性能，但由于填料的加入使得复合材料内两相界面结合性减弱，最终导致增强效果有限。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了在传统聚合物壳微胶囊的表面再制备一层金属或金属氧化物壳，以提高微胶囊的力学性能。本发明提出的一种聚合物-金属/金属氧化物双层壳微胶囊，其特征在于，所述双层壳微胶囊由芯材和壳壁构成，芯材为液体润滑剂，壳壁为有机-无机双层壳，内层壳壁为聚合物材料，外层壳壁为金属或金属氧化物材料；
内层壳壁的厚度为10nm-30μm，外层壳壁的厚度为10nm-50μm；双层壳微胶囊粒径为100nm-200μm。
金属材料为Ni、Cu、Ag、Co、Ni-P、Ni-N、Ni-B、Co-P、Co-B、Ni-Co-P、Ni-Co-B、Sn-Bi、Sn-Zn中的一种或几种任意比例组合。
金属氧化物为Fe2O3、NiO、CuO、CoO、Al2O3、ZrO2中的一种或几种任意比例组合。
聚合物材料为聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺、脲醛树脂、聚砜中的一种或多种。
液体润滑剂为水基润滑剂、油基润滑剂、离子液体、动物油或植物油中的一种或几种。
所述外层壳壁为金属材料时，制备过程为：1)制备聚合物材料包覆液体润滑剂的微胶囊A；2)制备金属材料的化学镀液；3)将微胶囊A分散、表面活化；4)将步骤3)制备的活化液逐滴加入化学镀液中反应；5)过滤收集产品。
所述外层壳壁为金属氧化物材料时，制备过程为：1)首先制备聚合物材料包覆液体润滑剂的微胶囊A，并将其分散在水溶液中，2)加入金属氧化物材料的前驱体及氢氧化钠沉淀剂或氨水沉淀剂，在25-180℃下反应0.5-36小时，3)经抽滤、反复洗涤、干燥得到产物。
微胶囊A依照专利CN 110564260制备。
本发明的有益效果在于：
1.本发明在传统聚合物壳微胶囊外表面再包覆一层力学性能优异的金属或金属氧化物，制备一种聚合物-金属/金属氧化物双层壳微胶囊，强度大于传统聚合物壳微胶囊，利用双层壳微胶囊制备的自润滑复合材料，能大大提高微胶囊复合材料的力学机械性能及摩擦学性能，其拉伸强度提高10-60％，同时磨损率最大能降低10％。有利于延长材料的使用寿命，在航空航天、海洋工程等领域具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为PAO6@脲醛树脂微胶囊扫描电镜图；
图2为PAO6@脲醛树脂@Cu双层壳微胶囊扫描电镜图；
图3为微胶囊复合材料拉伸强度对比图；
图4为微胶囊复合材料磨损率对比图；
图5为本发明双层壳微胶囊的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
实施例1
微胶囊A制备：
1)将0.5g尿素、0.5g氯化铵、0.5g间苯二酚和0.3g聚乙烯醇加入200mL去离子水中，充分搅拌溶解，然后用稀盐酸调节pH值为3，机械搅拌下加入20mL PAO6，滴加完毕后继续搅拌10min，随后加入12.67g 37wt％的甲醛水溶液，水热加热70℃反应4h。反应结束后冷却、过滤得到脲醛树脂包覆PAO6的微胶囊A(扫描电镜如图1所示)。
双层壳微胶囊B制备：
2)首先配置铜镀液，0.75g硫酸铜、3mL 37％甲醛水溶液、8.5g酒石酸钾钠四水合物、0.05g NP-10非离子表面活性剂加入100mL去离子水充分溶解；
3)然后将过滤好的微胶囊A洗涤后加入20mL去离子水搅拌混合均匀；将稳定的微胶囊乳液浸入事先配置好的酸性纳米钯溶液中，浸泡活化10min；
4)将步骤3)活化后的液体后逐滴加入到铜镀液中，将溶液置于25℃的水浴锅中，保温1小时；
5)反应结束后过滤、干燥后得到如图5所示结构；即外层壳为金属铜、内层壳为脲醛树脂的双层壳微胶囊B(扫描电镜如图2所示)。
实施例2
微胶囊A制备：
1)将4g亚麻籽油和4g聚苯乙烯与70mL的二氯甲烷混合。随后，将混合溶液加入200mL 0.2wt.％阿拉伯胶和0.3wt.％聚乙烯醇的混合水溶液中，在800rpm转速下搅拌15min。在50℃下反应，直到溶剂二氯甲烷完全蒸发，反应结束后冷却、过滤得到聚苯乙烯包覆亚麻籽油的微胶囊A。
双层壳微胶囊B制备：
2)首先配置镍镀液，硫酸镍30g/L，水合肼70mL/L，柠檬酸钠40g/L，pH值8-10；
3)然后将过滤好的微胶囊A洗涤后加入20mL去离子水搅拌混合均匀后，将稳定的微胶囊乳液浸入事先配置好的酸性纳米钯溶液中，浸泡活化10min；
4)将步骤3)得到的活化后的液体逐滴加入到镍镀液中，然后将溶液置于80℃的水浴锅中，保温1小时；
5)反应结束后过滤、干燥得到外层壳为Ni-N、内层壳为聚苯乙烯的双层壳微胶囊B。
实施例3
微胶囊A制备：将4g PAO6和2g聚酰亚胺与70mL的三氯甲烷混合。随后，将混合溶液加入200mL 0.2wt.％曲拉通100和0.3wt.％十二烷基苯磺酸钠的混合水溶液中，在1000rpm转速下搅拌15min。在50℃下反应，直到溶剂三氯甲烷完全蒸发，反应结束后冷却、过滤得到聚酰亚胺包覆PAO6的微胶囊A。
双层壳微胶囊B制备：
1)首先将过滤好的微胶囊A洗涤后加入60mL去离子水搅拌混合均匀。
2)加入乙酰丙酮镍、尿素和氢氧化钠沉淀剂，超声分散10min后转移至容积为100mL的水热反应釜中，120℃下反应12小时，自然降温后取出反应釜；
3)经抽滤、反复洗涤、干燥得到外层壳为NiO、内层壳为聚酰亚胺的双层壳微胶囊B。
实施例4
将实施例1制备得到的微胶囊A、加入环氧树脂基体中制备A-环氧复合材料。
将实施例1制得的双层壳微胶囊B加入环氧树脂基体中制备B-环氧复合材料。
对上述两种材料进行力学性能及摩擦学性能测试，如图3和图4所示，相比于加A-环氧复合材料，B-环氧复合材料的拉伸强度提高60％、磨损率降低7％，说明聚合物-金属双层壳微胶囊能提高复合材料的力学性能和摩擦学性能。
Claims (4)
1.一种用于润滑材料的聚合物-金属双层壳微胶囊，其特征在于，所述双层壳微胶囊由芯材和壳壁构成，芯材为液体润滑剂，壳壁为有机-无机双层壳，内层壳壁为聚合物材料，外层壳壁为金属；
内层壳壁的厚度为10nm-30μm，外层壳壁的厚度为10nm-50μm；双层壳微胶囊粒径为100nm-200 μm；
金属材料为Ni、Cu、Co、Ni-P、Ni-N、Ni-B、Co-P、Co-B、Ni-Co-P、Ni-Co-B、Sn-Bi、Sn-Zn中的一种或几种任意比例组合；
微胶囊的制备过程为：1）制备聚合物材料包覆液体润滑剂的微胶囊A；2）制备金属材料的化学镀液；3）将微胶囊A分散、表面活化；4）将步骤3）制备的活化液逐滴加入化学镀液中反应；5）过滤收集产品；
聚合物材料为聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺、脲醛树脂中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述一种润滑材料的聚合物-金属双层壳微胶囊，其特征在于，液体润滑剂为水基润滑剂、油基润滑剂中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述一种润滑材料的聚合物-金属双层壳微胶囊，其特征在于，液体润滑剂为离子液体。
4.根据权利要求1所述一种润滑材料的聚合物-金属双层壳微胶囊，其特征在于，液体润滑剂为动物油或植物油中的一种或两种。
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