CN117700624A - 一种基于超分子深共晶溶液的超粘附阻尼材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于超分子深共晶溶液的超粘附阻尼材料及其制备方法，属于新材料技术领域。所述制备方法的步骤包括：将超分子深共晶溶液与含卡拉胶、丙烯酰胺、引发剂和交联剂的预聚体溶液混合，将混合溶液冷藏后紫外照射，制得超粘附阻尼材料。本发明利用超分子深共晶溶液与含卡拉胶、丙烯酰胺的预聚体溶液共同混合，经冷藏和紫外照射，制得了一种超粘附的阻尼材料，该材料具有良好的力学性能和粘附性能，可以用于保护易碎物品免受冲击，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于新材料技术领域，具体涉及一种基于超分子深共晶溶液的超粘附阻尼材料及其制备方法。
背景技术
在化妆品、脱脂剂、油漆和药品等制造业中，有毒和挥发性有机溶剂的应用十分广泛。但其中许多溶剂都具有刺激性、致癌性和致突变性等不良性质，并对水、土壤和空气产生不利影响。理想溶剂不仅应表现出所需的物理化学性质，还应满足生产成本低、无毒、可生物降解性、可回收性和耐久性/稳定性等特点。因此，材料科学和绿色化学结合，催生了工业上广泛应用的绿色功能材料。
深共晶溶剂（DESs）是一类由氢键受体（HBAs）和氢键供体（HBDs）通过分子间氢键相互作用在室温下均匀且稳定的低熔点混合物（LMMs）。超分子聚合物（SP）是由重复的低分子量共聚物单体通过氢键、静电相互作用、疏水相互作用和范德华力等各种非共价键相互作用结合成的具有独特微观结构和宏观性质的化合物。从超分子化学的角度来看，DESs是典型的非共价交联聚合物的超分子体系。2020年，Tracy El Achkar等首次报道了基于β-CD衍生物（随机甲基化的β-CD，RAMEB）和乙酰丙酸的低熔点混合物（LMMs）的制备，超分子深共晶溶剂（SUPTADES）被首次提出。
近年来，SUPRADES的应用越来越广泛，可以作为吸附剂、催化剂和粘附剂等。虽然对于SUPRADES的应用研究愈加的广泛和深入，但是对于SUPRADES在阻尼材料方面的应用研究还是比较少。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于超分子深共晶溶液的超粘附阻尼材料及其制备方法。将SUPRADES成功应用于制备超粘附阻尼材料，且制备的材料具备优异的力学性能和粘附性能。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
本发明技术方案之一：提供一种基于超分子深共晶溶液的超粘附阻尼材料的制备方法，包括以下步骤：
将超分子深共晶溶液与含卡拉胶、丙烯酰胺、引发剂和交联剂的预聚体溶液混合，将混合溶液冷藏后紫外照射，制得超粘附阻尼材料。
优选地，所述超分子深共晶溶液中溶质为摩尔比1:10的β-环糊精和柠檬酸。
更优选地，所述卡拉胶与所述丙烯酰胺的质量比为1:9；所述β-环糊精和柠檬酸的总质量与所述卡拉胶和丙烯酰胺总质量的比值为1:(1~5)，优选为1:1。
本发明选择以β-环糊精和柠檬酸为超分子深共晶溶液的溶质，同时控制溶质的比例、卡拉胶与丙烯酰胺比例、以及溶质与卡拉胶与丙烯酰胺质量和的比例，获得了力学性能和粘附性能优异的超粘附阻尼材料。
优选地，所述引发剂的加入量为所述丙烯酰胺质量的5%；所述交联剂的加入量为所述丙烯酰胺质量的0.3%。
优选地，所述冷藏的温度为4℃，时间为2h。
优选地，所述紫外照射的时间为3h。
本发明技术方案之二：提供一种根据上述基于超分子深共晶溶液的超粘附阻尼材料的制备方法制得的超粘附阻尼材料。
本发明技术方案之三：提供一种上述超粘附阻尼材料在保护易碎物品免受冲击破坏中的应用。
本发明的有益技术效果如下：
本发明利用超分子深共晶溶液与含卡拉胶、丙烯酰胺的预聚体溶液共同混合，经冷藏和紫外照射，制得了一种超粘附的阻尼材料，该材料具有良好的力学性能和粘附性能，可以用于保护易碎物品免受冲击，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1-3制备的超粘附阻尼材料的应力-应变曲线图。
图2为本发明实施例1制备的超粘附阻尼材料在固定应变下的循环拉伸图。
图3为本发明实施例1制备的超粘附阻尼材料在不同基底上的搭接剪切强度图。
图4为本发明实施例1制备的超粘附阻尼材料的频率扫描图。
图5为本发明实施例1制备的超粘附阻尼材料保护鹌鹑蛋能力的图片，其中，A为未进行保护时鹌鹑蛋摔落前的图片，B为未进行保护时鹌鹑蛋摔落后的图片，C为以实施例1制备的超粘附阻尼材料保护鹌鹑蛋摔落前的图片，D为以实施例1制备的超粘附阻尼材料保护鹌鹑蛋摔落后的图片。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。
另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值，以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
本发明实施例中所用引发剂为2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮；所用交联剂为N,N'-亚甲基双丙烯酰胺。
实施例1
超粘附阻尼材料的制备：
S1.将0.7428g（0.654mmol）β-环糊精和1.2572g（6.54mmol）柠檬酸溶解于3.4mL水中，70℃恒温搅拌至溶液呈透明状，得到超分子深共晶溶液；
S2.将0.2g卡拉胶和1.8g丙烯酰胺以及5wt%引发剂（丙烯酰胺质量的5%）和0.3wt%交联剂（丙烯酰胺质量的0.3%）溶解于10mL水中，加热搅拌后获得相应的预聚体溶液；
S3.将S1中超分子深共晶溶液与S2中预聚体溶液混合后获得前驱体溶液，将获得的前驱体溶液倒入到硅胶模具中，于4℃冰箱中冷藏2h，取出，在紫外灯下照射3h，制得超粘附阻尼材料。
实施例2
超粘附阻尼材料的制备：
与实施例1相比，区别在于S2中卡拉胶的用量为0.5g，丙烯酰胺的用量为4.5g，引发剂和交联剂的加入量进行相应调整。
实施例3
超粘附阻尼材料的制备：
与实施例1相比，区别在于S2中卡拉胶的用量为1g，丙烯酰胺的用量为9g，引发剂和交联剂的加入量进行相应调整。
实施例1-3制备的超粘附阻尼材料的应力-应变曲线图见图1。从图1中能够看出，β-环糊精和柠檬酸的总质量与卡拉胶和丙烯酰胺总质量比例为1:1时，所制得的超粘附阻尼材料的粘弹性最佳。
固定应变下的循环拉伸性能测试：用万能拉伸试验机测试力学性能，将哑铃型样条用100mm/min的速度进行测试，固定应变为100%。
实施例1制备的超粘附阻尼材料在固定应变下的循环拉伸图见图2。从图2中能够看出，第一次循环存在较大的滞回线面积，拉伸后产生残余应变，后续循环中滞回线面积显著减小，且几乎保持不变。
粘附强度测试：将样品置于两个基材样条之间进行搭接剪切测试，通过万能试验机得到粘附力与位移之间的关系，粘附强度为最大粘附力与粘附面积的比值。
图3为本发明实施例1制备的超粘附阻尼材料在不同基底上的搭接剪切强度图。
流变测试：采用Anto Paar 302e流变仪进行测试，测试模式为动态频率扫描，采用8mm平行板进行测量，频率范围100-0.1rad/s。
图4为本发明实施例1制备的超粘附阻尼材料的频率扫描图。从图4中能够看出，实施例1中超粘附阻尼材料的损耗因子在0.3以上。
图5为本发明实施例1制备的超粘附阻尼材料保护鹌鹑蛋能力的图片，其中，A为未进行保护时鹌鹑蛋摔落前的图片，B为未进行保护时鹌鹑蛋摔落后的图片，C为以实施例1制备的超粘附阻尼材料保护鹌鹑蛋摔落前的图片，D为以实施例1制备的超粘附阻尼材料保护鹌鹑蛋摔落后的图片。从图5中能够看出，制备的材料能够保护鹌鹑蛋能从50cm高度摔落而不破裂，证明制备的材料具有良好的阻尼性能。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (7)
1.一种基于超分子深共晶溶液的超粘附阻尼材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将超分子深共晶溶液与含卡拉胶、丙烯酰胺、引发剂和交联剂的预聚体溶液混合，将混合溶液冷藏后紫外照射，制得超粘附阻尼材料；
所述超分子深共晶溶液中溶质为摩尔比1:10的β-环糊精和柠檬酸。
2.根据权利要求1所述的基于超分子深共晶溶液的超粘附阻尼材料的制备方法，其特征在于，所述卡拉胶与所述丙烯酰胺的质量比为1:9；所述β-环糊精和柠檬酸的总质量与所述卡拉胶和丙烯酰胺总质量的比值为1:(1~5)。
3.根据权利要求1所述的基于超分子深共晶溶液的超粘附阻尼材料的制备方法，其特征在于，所述引发剂的加入量为所述丙烯酰胺质量的5%；所述交联剂的加入量为所述丙烯酰胺质量的0.3%。
4.根据权利要求1所述的基于超分子深共晶溶液的超粘附阻尼材料的制备方法，其特征在于，所述冷藏的温度为4℃，时间为2h。
5.根据权利要求1所述的基于超分子深共晶溶液的超粘附阻尼材料的制备方法，其特征在于，所述紫外照射的时间为3h。
6.一种根据权利要求1~5任一项所述基于超分子深共晶溶液的超粘附阻尼材料的制备方法制得的超粘附阻尼材料。
7.权利要求6所述超粘附阻尼材料在保护易碎物品免受冲击破坏中的应用。
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