[发明专利]一种橡胶基离聚物及以此离聚物为基体的磁性复合材料和制备方法

说明书

本发明涉及橡胶基离聚物及以此离聚物为基体的磁性复合材料和制备方法，橡胶基离聚物结构式如下，其中x为咪唑阳离子末端连接的烷基链碳的个数，x＝1～4；其中[A]为有机阴离子，包括六氟磷酸根(PF₆)、三氟甲基磺酸根(CF₃SO₃)、全氟丁基磺酸根(CF₃(CF₂)₃SO₃)或双三氟甲磺酰亚胺根(TFSI)中的一种；磁性聚合物复合材料由橡胶基离聚物基体和磁性粒子填料组成。磁性粒子填料的质量为橡胶基离聚物基体Im_x[A]质量的2～10wt％。该方法在共混加工过程中无需额外添加补强剂、交联剂和偶联剂等，加工过程简单易操作。制得具有磁性、高强度和高韧性的非化学交联、可再加工的橡胶基离聚物磁性复合材料。

技术领域

本发明涉及橡胶基离聚物及以此离聚物为基体的磁性复合材料和制备方法，具体涉及改性商业化的氯醚橡胶制备具有优异力学性能的橡胶基离聚物，进一步以溶液共混的方式掺杂磁性填料，制备具有高强度和高韧性、可再加工性的橡胶基离聚物磁性复合材料。

背景技术

磁性聚合物复合材料结合了无机磁性粒子和有机聚合物的优良特性，是兼具磁性和聚合物加工性、力学性能的新材料，可满足不同场景下多样化的应用需求，如形状记忆，自修复，磁屏蔽、磁传感器和超高密度磁存储等。制备磁性聚合物复合材料的传统方法是通过机械共混在聚合物基体中填充磁性粒子，另外在加工过程中添加偶联剂、交联剂等，来提高磁性粒子与聚合物基体的相容性进而提高复合材料的力学性能。大量磁性粒子的填充虽然使材料具备较好的磁响应性能，但由于无机磁性粒子具有较强的刚性，与有机聚合物基体的相容性较差，使得通过传统共混法制备的磁性复合材料较原有聚合物基体材料的力学性能大幅度下降，丧失聚合物基体材料优良的机械特性和加工性能。因此，制备同时具有良好磁响应性和力学性能的磁性复合功能材料对拓宽磁性复合材料的应用场景和提高应用性能具有重要意义。

国内外已有较多文献报道了增强磁性聚合物材料力学性能的方法，但在这些过程中一般需添加大量化学助剂进行交联、补强，并且需要预处理过程，使得加工工艺变得较为繁琐、耗能大。另外，通过该些方法制备得到的磁性聚合物材料力学性能的可调性有限，交联结构也使其难以实现再加工性和回收再利用。中国发明专利申请(CN106589490A)报道了一种以不饱和羧酸盐同时作为补强剂、增容剂、交联剂，来提高磁性复合材料力学性能的方法。在加工过程中，不饱和的羧酸盐在橡胶基体中发生接枝和自聚合反应，形成离子交联键，对橡胶起到了增强作用。该方法能够在保持磁性橡胶磁性能的同时提高材料的力学强度，其拉伸强度可以达到6.83MPa以上。但是，由于交联剂的使用使得材料发生化学交联，该磁性聚合物难以回收再加工。另一方面，由于磁性粒子的大量填充，以及橡胶基体的交联，使得该材料的断裂伸长率最高仅至183％，较低的拉伸强度与断裂伸长率使该材料的应用范围受到限制。中国发明专利申请(CN104877192A)报道了一种通过乳液共混掺杂Fe₃O₄磁性纳米粒子和氧化石墨烯(GO)制备硫化的天然橡胶(NR)基磁性聚合物复合材料的方法。该体系中GO作为反应性增强体，提高了磁性聚合物复合材料的强度，并起到稳定磁性粒子，防止沉降与团聚的作用。该发明所制备的Fe₃O₄@GO/NR磁性聚合物复合材料最终能够实现2.0emu/g的饱和磁化强度，而硫化交联后该材料的拉伸强度可达3.8MPa，断裂伸长率为300％左右。在中国发明专利申请(CN104927118A)中还报道了一种通过磁控模压技术制备类似的天然橡胶基磁性聚合物复合材料的方法。首先通过化学共沉淀法制备Fe₃O₄天然乳胶磁性分散液，再经过磁场作用下的模压硫化成型制备了力学强度较高的磁性复合材料，相较于直接乳液共混的体系其力学性能得到显著的提升，拉伸强度可达15MPa，断裂伸长率超过1500％。通过这种乳胶液预分散和磁控模压硫化的方式有效控制了磁性粒子在基体中分散与分布，因而具有较好的力学性能。但该类型的材料由于其未知的磁响应性与化学交联的特性，使其应用受到进一步限制。