[发明专利]一种环硅氧烷原位开环聚合制备磁性硅橡胶纳米复合材料的方法

说明书

本发明公开了一种采用不含金属元素的有机磷腈催化剂催化掺杂磁性填充粒子、补强填料、硫化剂的环硅氧烷单体原位开环聚合制备掺杂磁性填充粒子的聚硅氧烷，以及经硫化成型制备磁性硅橡胶纳米复合材料的方法。本报道发明的硅橡胶纳米复合材料可采用一锅法制备，制备方法简单高效，所有填料均可在聚合之前加入，与单体混合均匀，环硅氧烷单体原位聚合效果不受填料影响，所得硅橡胶复合材料表面外观平整光滑，填充粒子分散均匀，保持了纯硫化硅橡胶良好的力学性能，且兼具优良的磁学性能。

技术领域

本发明涉及一种环硅氧烷原位开环聚合制备磁性硅橡胶纳米复合材料的方法，具体涉及采用有机磷腈催化剂催化环硅氧烷原位开环聚合制备掺杂磁性填充粒子的聚硅氧烷，以及经硫化成型制备磁性硅橡胶纳米复合材料的方法。

背景技术

磁致伸缩材料是一类铁磁材料，能将磁能转化为机械能，也能将机械能转化为磁能，因此是一种重要的能量转化功能材料。对于铁磁材料而言，它具有一个基本的特性——磁致伸缩效应。磁致伸缩效应是指铁磁性或亚铁磁性材料的磁化状态改变时，其长度和体积发生变化的特性。磁致伸缩效应可用磁致伸缩系数来表示。线磁致伸缩系数是指磁致伸缩材料在磁场作用下单位长度发生的长度变化，用λ表示。当λ>0时，表示材料的长度沿磁场方向伸长，垂直于磁场方向缩短，这类材料称为正磁致伸缩材料；当λ<0时，表示材料的长度沿磁场方向缩短，垂直于磁场方向伸长，这类材料称为负磁致伸缩材料。

具有较大磁致伸缩系数的磁致伸缩材料，具有较快的响应速度、较高的能量密度以及较大的输出功率等优点，受到各国科学界、工业界及军工部门的高度重视，被广泛应用于声纳、超声换能器、扬声器、超精密加工、超精密定位、精密流体控制、机器人、精密阀门、微马达以及振动控制等工程领域。但这类材料本身也存在着一些较为明显的缺点，如材料的脆性较大，加工时容易破碎，因此不能制成一些复杂的形状，另外当其处在高频磁场工作时，材料内部将产生较大的祸流场，导致磁能损耗，这些缺点使其应用范围受到限制，无法最大限度地发挥其优点。因此通过现代复合材料的设计技术，设计出符合要求的磁致伸缩复合材料，克服传统磁致伸缩材料的缺点，不仅是科学研究领域的重要课题，同时也在工程应用方面具有重要意义。

聚合物基复合材料具有许多无机物所无法取代的优点，如材料的密度小、不容易被氧化，并且还能加工成各种形状的结构。对于磁致伸缩材料而言，聚合物基磁致伸缩复合材料不但具有以上优点，还能解决传统磁致伸缩材料易碎及涡流损耗大的缺点，更重要的是，其仍然具有很大的磁致伸缩系数，因此聚合物基，特别是硅橡胶基磁致伸缩复合材料受到国内外科技工作者的广泛关注。但目前此类材料均是通过机械共混或者聚合物溶液与磁性填充粒子混合的方法制备，操作复杂且难以实现填充粒子在复合材料中的均匀分散。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种采用不含金属元素的有机磷腈催化剂催化环硅氧烷原位开环聚合制备掺杂磁性填充粒子的聚硅氧烷，以及经硫化成型制备磁性硅橡胶纳米复合材料的方法。本报道发明的硅橡胶纳米复合材料可采用一锅法制备，制备方法简单高效，所有填料均可在聚合之前加入，与单体混合均匀，环硅氧烷单体原位聚合效果不受填料影响，所得硅橡胶复合材料表面外观平整光滑，填充粒子分散均匀，保持了纯硫化硅橡胶良好的力学性能，且兼具优良的磁学性能。

在本发明的第一方面，本发明提出了一种原位开环聚合制备掺杂磁性填充粒子的聚硅氧烷预混物料的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：

(a)将环硅氧烷单体和磁性填充粒子、补强填料、硫化剂接触，氮气保护下，置于一定温度的反应条件下搅拌均匀；

(b)将催化剂、引发剂和无水溶剂接触，氮气保护下，快速加入步骤(a)中的混合物中，剧烈搅拌；

(c)在一定温度下反应一段时间，体系粘度增大，形成半固体或固体状掺杂磁性填充粒子的聚硅氧烷预混物料。