一种改性硅橡胶材料制备方法与流程

：本发明属于硅橡胶材料制备，具体涉及一种可在水中重复粘附的改性硅橡胶材料制备方法，借助邻苯二酚基团强烈的非共价相互作用和硅橡胶的内聚力作用，制备具有水下粘附性能的硅橡胶材料。

背景技术

0、背景技术：

1、粘附材料往往在空气中具有较好的粘附性能，一旦置于水下环境，其粘附性能会迅速下降或失效。而硅橡胶材料因其优异的力学性能和化学稳定性在水下得到了广泛应用，尤其是应用于水下吸附的仿生吸盘材料。例如，中国专利202410537048.x公开的一种具备吸附力自感知的仿生章鱼吸盘系统，具体包括以下内容：(1)、根据章鱼吸盘特性制备仿生章鱼吸盘；(2)、在仿生章鱼吸盘中植入传感器；(3)、根据传感器数据构建bp神经网络，具体包括：构建bp神经网络：分别针对四种不同硬度的硅胶材料采集四个传感器数据，神经网络预测模型的输入为四个传感器随时间序列的输出电压值，神经网络的输出为吸盘自身感知的吸附力，因此确定神经网络的输入层节点为4，输出层节点为1；确定隐含层节点：根据经验公式隐藏层节点去确定隐藏层节点的取值范围，其中m为隐藏层节点数，l和k分别是输入层和输出层节点的数目，a为1～10之间的调节常数；在预测模型中设置不同的网络层节点数，迭代训练100次，根据训练参数的误差来确定隐藏层节点个数，其中训练的指标包括均方误差和绝对误差，两种误差指标公式如下：bp神经网络的实际输出：网络的期望输出：d(n)＝[d1，d2，，…，dj]神经网络经过n次迭代，误差信号定义为：ej(n)＝dj(n)-yj(n)定义误差：网络总误差：遗传算法优化神经网络的初始权值，通过适应度函数对每个个体适应度进行选择、交叉、变异等操作，选择出的最优个体即为bp神经网络的最优初始权值；遗传算法编码长度计算公式：s＝

2、n×l+l×m+l+m；遗传算法适应度函数：其中n表示样本总数，oi表示第i个样本数据的期望输出值，yi表示第i个样本数据网络模型实际输出值；选择函数：其中fi表示个体适应度，pi表示该个体被选中的概率，m则表示选择的种群规模；模拟二进制交叉，首先随机从种群中选取染色体进行交叉配对，然后选择随机位置k进行如下操作：b为[0，1]之间的随机数，且配对染色体在交叉之后存在关系x`k+y`k＝xk+yk；变异操作，随机从种群中找到一个染色体x＝(x1，x1，…xk，…xn)对其染色体xk分量按照一定的变异概率进行变异，变异后的染色体x`＝(x1，x1，…xk，…xn)其中ak，bk为分量上界和下界，g为该染色体目前的进化代数，gmax为最大进化代数，对更新后的染色体重新计算目标函数值，直至达到全局最优染色体和最优目标，进入下一次迭代直到达到最大迭代次数；(4)吸附力测量与神经网络的训练和预测：利用遗传算法优化部分得到的最优值对bp神经网络进行赋值，然后再通过训练和测试，得到预测结果；(5)动物心脏表面吸附力验证：选择合适动物心脏作为实验对象来预测吸附力，其中装置包括吸盘、传感器和数据采集单元，吸盘可附着在生物组织表面，并通过传感器与神经网络预测吸附力，以评估生物组织表面的吸附性能。仿生吸盘在物体表面吸附后，随着时间推移，水分子通过吸附界面缓慢渗入吸盘空腔内，导致吸附力逐渐下降和最终脱附。基于此，研发设计一种具有水下粘附性能的硅橡胶材料，阻隔吸附界面水分子向内腔渗入，对提升仿生吸盘水下吸附稳定性具有重要的意义。

3、硅橡胶的粘附性能不仅与粘附力有关，内聚力也对粘附性能起着重要影响作用。内聚力较强的橡胶在与其他材料表面形成粘附界面时，可以提供更稳定的内聚结构，有助于保持粘附界面的完整性，减少在外力作用下发生剥离或分层现象的机率。其次，当橡胶与其他材料粘附时，内聚力强的橡胶能够更有效地传递和分散应力，避免应力集中导致的粘附界面破坏，有助于维持粘附界面的稳定性和持久性。

4、贻贝是一种广泛分布于沿海和近海区域的甲壳类海洋生物，研究表明贻贝分泌的足丝蛋白中3,4-二羟基苯丙氨酸(dopa)中的邻苯二酚结构能够与基底产生强烈的非共价相互作用，包括：(1)与基底形成双齿氢键；(2)与金属、金属离子和金属氧化物产生配位键；(3)与金属离子形成阳离子-π相互作用，与分子结构中带有苯环的聚合物形成π-π作用。

5、因此，在硅橡胶基体中引入具有3,4-二羟基苯丙氨酸(dopa)功能的化合物，如改性后含有邻苯二酚基团硅烷偶联剂，发挥邻苯二酚基团与基底产生的强烈非共价相互作用，增强粘附性能。同时，在硅橡胶中引入三价铁离子改变硅橡胶的内聚力，从而改变机械强度，提升稳定性，保持粘附界面的完整性，能够减少在外力作用下发生的剥离或分层现象。

技术实现思路

0、技术实现要素：

1、本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，研发设计一种改性硅橡胶材料制备方法，以提升基于硅橡胶材料制备的仿生吸附结构的密封性，增强仿生吸附结构的吸附稳定性。

2、为了实现上述目的，本发明涉及的改性硅橡胶材料制备方法的工艺过程是：先对含邻苯二酚结构的硅烷偶联剂改性，制备得到仿生促进剂，再将仿生促进剂与无水三氯化铁(fecl3)共同掺入硅橡胶中，制备得到水中可重复粘附的改性硅橡胶材料；

3、其中，仿生促进剂包括以下两种：

4、一种是基于3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷(kh560)与盐酸多巴胺(da)反应生成的kh560-da化合物；

5、另一种是基于异氰酸丙基三乙氧基硅烷(ipts)与盐酸多巴胺(da)反应生成的ipts-da化合物。

6、具体工艺过程如下：

7、(1)制备仿生促进剂

8、首先，使n,n-二甲基甲酰胺(dmf)溶解盐酸多巴胺da，得到dmf溶液；

9、然后，将3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷(kh560)或异氰酸丙基三乙氧基硅烷(ipts)加入dmf溶液中，通入氮气鼓泡；

10、最后，在氮气氛围下加热，进行搅拌反应，旋蒸，得到仿生促进剂；

11、(2)制备改性硅橡胶

12、首先，将仿生促进剂加入硅橡胶中，搅拌，混合均匀后，加入无水三氯化铁，搅拌，得到混合硅橡胶；

13、然后，将固化剂加入混合硅橡胶中，搅拌，混合均匀，抽真空；

14、最后，对抽真空后的混合硅橡胶进行加热，使其固化，得到改性硅橡胶；

15、其中，dmf溶液的浓度为0.07-0.30g/ml；

16、盐酸多巴胺与3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷(kh560)或异氰酸丙基三乙氧基硅烷(ipts)的质量比为0.5-1：1；

17、仿生促进剂与硅橡胶的质量比为1：50-200；

18、无水三氯化铁与硅橡胶的质量比为1：100-500；

19、固化剂与硅橡胶的质量比为1：10；

20、步骤(1)中的搅拌反应的温度为70℃，时间为4h；

21、步骤(2)中的加热的温度为80℃，固化时间为6h。

22、本发明涉及的改性硅橡胶材料的力学性能和粘附性能通过调整含邻苯二酚结构的硅烷偶联剂与无水三氯化铁的比例进行调控。

23、本发明与现有技术相比，先基于3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷(kh560)与盐酸多巴胺(da)反应生成的kh560-da化合物，或者，基于异氰酸丙基三乙氧基硅烷(ipts)与盐酸多巴胺(da)反应生成ipts-da化合物，再与无水三氯化铁(fecl3)共同掺入硅橡胶中制备水中可重复粘附的改性硅橡胶材料，通过合成含有邻苯二酚基团的硅烷偶联剂提供改性硅橡胶的粘附性能，通过三价铁离子提升硅橡胶材料的内聚力，减少在外力作用下的剥离或分层现象，保持粘附界面的完整性，从而提升硅橡胶材料粘附稳定性；其科学原理可靠，借助邻苯二酚基团强烈的非共价相互作用与硅橡胶的内聚力作用，制备的水下具有粘附性能的硅橡胶材料，能够提升基于该材料制备的仿生吸附结构的密封性，增强仿生吸附结构的吸附稳定性。