專利名稱：一種剪切增稠流體的制備方法與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及低粘度硅油應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域，具體地說涉及一種分散于低粘度硅油的剪切增稠懸浮液的制備。
背景技術(shù)：
人類在現(xiàn)實(shí)生活中面臨傷害的可能性在不斷地增加，對防護(hù)裝備的種類和性能要求也在日益提高。隨著高性能纖維材料的發(fā)展，個(gè)體防護(hù)材料近年來也取得了長足進(jìn)展，逐漸由原來的硬質(zhì)、半硬質(zhì)產(chǎn)品，發(fā)展到目前的軟質(zhì)產(chǎn)品以及最新的液體防護(hù)裝備，液體防護(hù)材料在防護(hù)領(lǐng)域具有很大的市場前景。這種分散體系的剪切增稠效應(yīng)作為一種宏觀現(xiàn)象，很早就引起人們的重視，如傳輸管道的阻塞、儀器的破壞等，而在生產(chǎn)實(shí)踐中要盡力避免這類有害效應(yīng)的影響。從20世紀(jì)80年代末開始，人們開始研究如何利用這種現(xiàn)象化害為利，在防彈和防震領(lǐng)域已經(jīng)取得廣闊應(yīng)用。Fischer等人應(yīng)用STF (剪切增稠流體)設(shè)計(jì)出三明治梁，達(dá)到控制振動(dòng)響應(yīng)的目的，表明STF在振動(dòng)領(lǐng)域的具有應(yīng)用價(jià)值。Lee等人利用STF處理凱夫拉爾纖維，并模擬了子彈射入防彈衣的實(shí)驗(yàn)，證實(shí)STF可以在同等硬度的情況下大大提高防彈衣的強(qiáng)度，即可以做出柔韌性好強(qiáng)度高的防護(hù)設(shè)備。剪切增稠流體是一種非牛頓流體或者稱為膨脹性流體，一般是由懸浮介質(zhì)和粒徑 相對均一的無機(jī)膠狀顆粒組成，在通常低能量狀態(tài)，即未受到撞擊時(shí)，它可以正常流動(dòng)；當(dāng)受到觸發(fā)或碰撞，STF就變成堅(jiān)硬的固體，使織物更強(qiáng)韌，提供無法估量的防護(hù)作用。所以，利用STF制造的新型防護(hù)衣，平時(shí)柔軟舒適，一旦遭到刀等利物的砍、刺、或高速子彈、彈片的沖擊，就會(huì)在受到?jīng)_擊的瞬間變得堅(jiān)韌無比，而且能將沖擊力沿織物迅速分散開來，大大降低單位面積的壓強(qiáng)。當(dāng)沖擊力消失之后，剪切增稠液又恢復(fù)液體狀態(tài)，織物也重新變軟。目前，制備液體防護(hù)材料的剪切增稠液體大多由聚乙二醇和二氧化硅復(fù)合組成，申請?zhí)枮?01110062145. O的中國專利公開了一種基于SiO2微納米球的剪切增稠流體的制備方法，該專利公開了以聚乙二醇為基材的剪切增稠流體，但是由于聚乙二醇自身結(jié)構(gòu)的局限性，組成的體系存在由于聚乙二醇吸濕性強(qiáng)而導(dǎo)致體系的不穩(wěn)定，鍵能低、不耐剪切等問題。

發(fā)明內(nèi)容
為解決微納米顆粒與分散介質(zhì)的相容匹配性，提高體系剪切增稠的效果，加強(qiáng)體系的儲存穩(wěn)定性問題，本發(fā)明提供了一種剪切增稠流體的制備方法，本發(fā)明制備工藝簡單、制備時(shí)間較短、產(chǎn)物品質(zhì)穩(wěn)定、易量產(chǎn)、能耗低、三廢少、成本低。本發(fā)明也提出了一種剪切增稠流體在液體防護(hù)復(fù)合材料的應(yīng)用，產(chǎn)品無毒，無污染，合適人體使用，同時(shí)也適用于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種剪切增稠流體，由微納米顆粒與低粘度硅油混合制成，其中微納米顆粒與低粘度硅油的質(zhì)量百分比分別為2(Γ60%、4(Γ80%。作為優(yōu)選，微納米顆粒與低粘度硅油的質(zhì)量百分比分別為3(Γ40%、6(Γ70%，這種剪切增稠流體是一種高濃度的固體顆粒懸浮液。低粘度硅油選自羥基封端聚硅氧烷、甲氧基封端聚硅氧烷、乙氧基封端聚硅氧烷中一種或幾種。低粘度硅油的分子量在10(Γ2000之間。微納米顆粒選自二氧化硅、過渡金屬氧化物或者非氧化物顆粒。微納米顆粒的粒徑范圍為5ηπΓ Ο μ m。過渡金屬氧化物包括鈦、鐵、銅、銀、金等金屬氧化物，大多數(shù)是膠狀或者呈球狀形態(tài)，也可以為其他一些不規(guī)整的結(jié)構(gòu)(橢圓形，立方體或者是其他多面體結(jié)構(gòu))，這些氧化物表面可以經(jīng)過分子表面進(jìn)行改性處理，比如進(jìn)行硅烷化處理。非氧化物顆粒選自聚合物或者碳酸鈣，聚合物選自聚甲基丙烯酸甲酯或者聚苯乙烯。作為優(yōu)選，這些顆粒粒徑范圍在5nnT8000nm，分散于膠體中可保持長時(shí)間的流動(dòng)性。一種剪切增稠流體的制備方法為在低粘度硅油中加入微納米顆粒，混合均勻。可采用分散設(shè)備進(jìn)行混勻；可采用渦流攪拌、超聲波攪拌設(shè)備、搖床震動(dòng)、超聲波處理、超聲照射混勻；處理時(shí)間為O. 3飛小時(shí)。
在混合過程中加入助溶劑，助溶劑選自水、異丙醇、乙醇、烷烴化合物中一種或幾種，烷烴即飽和烴，是只有碳碳單鍵的鏈烴，是最簡單的一類有機(jī)化合物。烷烴分子中，氫原子的數(shù)目達(dá)到最大值，它的通式為CnH2n+2。分子中每個(gè)碳原子都是Sp3雜化。助溶劑的用量與微納米顆粒的質(zhì)量比為O. Γ1 :1。助溶劑促進(jìn)了微納米顆粒在體系中的分散，同時(shí)助溶劑選擇時(shí)保證在混合完畢后經(jīng)過簡單的加熱或者抽真空條件可以容易的去除，并保證體系剪切增稠的效果不變，從而制備出最終的剪切增稠流體。一種剪切增稠流體在液體防護(hù)復(fù)合材料中的應(yīng)用。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是
(1)本發(fā)明有效地提高了分散相與分散介質(zhì)的相容匹配性，提高相互作用，增強(qiáng)了剪切增稠的效果，防止微納米顆粒的團(tuán)聚和實(shí)現(xiàn)顆粒的均勻分散；
(2)本發(fā)明制備工藝簡單、制備時(shí)間較短、產(chǎn)物品質(zhì)穩(wěn)定、易量產(chǎn)、能耗低、三廢少、成本低。( 3 )產(chǎn)品無毒，無污染，合適人體使用，同時(shí)也適用于工業(yè)化生產(chǎn)。


圖I為分散于聚二甲基硅氧烷的剪切增稠流體的穩(wěn)態(tài)流變曲線。
具體實(shí)施例方式下面通過具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，所需原料均可市購，以下實(shí)例僅僅對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明，不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。實(shí)施例I
(I)在羥基封端聚二甲基硅氧烷I. Okg (分子量為200)與助溶劑無水乙醇O. 2kg的混合物中加入平均粒徑為450nm SiO2顆粒O. 3kg和平均粒徑為250nm 二氧化鈦顆粒O. Ikg,采用行星攪拌設(shè)備處理3小時(shí)，制得由無水乙醇稀釋的剪切增稠流體。(2)然后，將上述制得的無水乙醇稀釋的剪切增稠流體升溫到55°C在真空條件下緩慢攪拌揮發(fā)去除無水乙醇，制得最終的剪切增稠流體A，粘度為2500±500cps。剪切增稠流體A具有很好的剪切增稠特性，能很好的滿足后續(xù)加工的需要。
實(shí)施例2
(I)在乙氧基封端聚二甲基硅氧烷I. Okg (分子量為500)與無水乙醇O. 05kg的混合物中加入平均粒徑為IOOnm SiO2顆粒O. 35kg和平均粒徑為250nm 二氧化鈦顆粒O. 08kg,采用超聲攪拌設(shè)備處理I小時(shí)。制得有無水乙醇稀釋的剪切增稠流體。(2)然后，將上述制得的無水乙醇稀釋的剪切增稠流體升溫到65°C，同時(shí)在抽真空的條件下緩慢攪拌揮發(fā)去除無水乙醇，制得最終的剪切增稠流體B，粘度為3000±500cps。剪切增稠流體B具有很好的剪切增稠特性，能很好的滿足后續(xù)加工的需要。實(shí)施例3
(I)在羥基封端聚二甲基硅氧烷O. 5kg (分子量為800)、乙氧基封端聚二甲基硅氧烷O. 5kg (分子量為250)與無水異丙醇O. 4kg的混合物中加入平均粒徑為IOOnm SiO2顆粒
O.25kg和平均粒徑為50nm SiO2顆粒O. 20kg，采用行星攪拌設(shè)備處理3. 5小時(shí)。(2)然后，將上述制得的無水異丙醇稀釋的剪切增稠流體升溫到70°C、同時(shí)在抽真空的條件下緩慢攪拌揮發(fā)去除無水異丙醇制得最終的剪切增稠流體C，粘度在4000±600cps。剪切增稠流體C具有很好的剪切增稠特性，能很好的滿足后續(xù)加工的需要。實(shí)施例4
(I)在甲氧基封端聚二甲基硅氧烷O. 25kg (分子量為800)、乙氧基封端聚二甲基硅氧烷O. 25kg (分子量為800)與無水異丙醇O. 25kg的混合物中加入平均粒徑為IOnm的SiO2顆粒O. 40kg和平均粒徑為IOOnm SiO2顆粒O. 40kg，采用行星攪拌設(shè)備處理4. 5小時(shí)。(2)然后，將上述制得的無水異丙醇稀釋的剪切增稠流體升溫到70°C、同時(shí)在抽真空的條件下緩慢攪拌揮發(fā)去除無水異丙醇制得最終的剪切增稠流體D，粘度在4200±600cps。剪切增稠流體D具有很好的剪切增稠特性，能很好的滿足后續(xù)加工的需要。實(shí)施例5
(I)在羥基封端聚二甲基硅氧烷I. Okg (分子量為400)與助溶劑蒸餾水O. 6kg的混合物中加入平均粒徑為450nm SiO2顆粒O. 5kg和平均粒徑為250nm 二氧化鈦顆粒O. 2kg，采用行星攪拌設(shè)備處理3小時(shí)，制得有水稀釋的剪切增稠流體。(2)然后，將上述制得的水稀釋的剪切增稠流體升溫到90°C在真空條件下緩慢攪拌揮發(fā)去除水，制得最終的剪切增稠流體E，粘度為8000±1000cpS。剪切增稠流體E具有很好的剪切增稠特性，能很好的滿足后續(xù)加工的需要。實(shí)施例6
(I)在羥基封端聚二甲基硅氧烷O. 5kg (分子量為400)、甲氧基封端聚二甲基硅氧烷
O.5kg (分子量為350)與環(huán)己烷O. 5kg的混合物中加入平均粒徑為50nm SiO2顆粒O. 35kg和平均粒徑為600nm SiO2顆粒O. 25kg，采用行星攪拌設(shè)備處理4. 5小時(shí)。( 2)然后，將上述制得的環(huán)己烷稀釋的剪切增稠流體升溫到80°C、同時(shí)在抽真空的條件下緩慢攪拌揮發(fā)去除環(huán)己烷制得最終的剪切增稠流體F，粘度在4000±600cps。
剪切增稠流體F具有很好的剪切增稠特性，能很好的滿足后續(xù)加工的需要。實(shí)施例7
(I)在羥基封端聚硅氧烷I. Okg (分子量為300)與助溶劑環(huán)己烷O. 2kg的混合物中加入平均粒徑為300nm聚甲基丙烯酸甲酯顆粒O. 55kg，采用行星攪拌設(shè)備處理3. 5小時(shí)，制得由環(huán)己烷稀釋的剪切增稠流體。(2)然后，將上述制得的環(huán)己烷稀釋的剪切增稠流體升溫到80°C在真空條件下緩慢攪拌揮發(fā)去除環(huán)己烷，制得最終的剪切增稠流體G，粘度為4500±500cps。剪切增稠流體G具有很好的剪切增稠特性，能很好的滿足后續(xù)加工的需要。將通過實(shí)施例制備的剪切增稠流體，固體顆粒在溶液中均勻分散狀態(tài)，剪切增稠流體具有很好的剪切增稠特性，能很好的滿足后續(xù)加工的需要，圖I所示為分散于聚二甲基硅氧烷的剪切增稠流體的穩(wěn)態(tài)流變曲線。從圖I所示的穩(wěn)態(tài)流變曲線可以看出，本發(fā)明所制備的剪切增稠流體具有很好的剪切增稠特性。應(yīng)用例·
將上述實(shí)施例1-7制備的剪切增稠流體A、B、C、D、E、F、G分別與PBO纖維織物或者芳綸(Kevlar)纖維布通過浸泡、涂覆或噴涂等方式復(fù)合制備液體防護(hù)復(fù)合材料，所獲得的復(fù)合材料防護(hù)能力強(qiáng)、質(zhì)量小、柔軟堅(jiān)韌能夠滿足個(gè)體防護(hù)材料全面、舒適、簡便化的要求。通過考慮本公開的說明書和實(shí)施例，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，本公開的其它實(shí)施例將是顯而易見的。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實(shí)施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。本公開的真實(shí)范圍和實(shí)質(zhì)由所附的權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種剪切增稠流體的制備方法，其特征在于，所述的剪切增稠流體由微納米顆粒與低粘度硅油混合制成，其中微納米顆粒與低粘度硅油的質(zhì)量百分比分別為2(Γ60%、4(Γ80%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種剪切增稠流體的制備方法，其特征在于，低粘度硅油選自羥基封端聚硅氧烷、甲氧基封端聚硅氧烷、乙氧基封端聚硅氧烷中一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種剪切增稠流體的制備方法，其特征在于，低粘度硅油的分子量在100 2000之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種剪切增稠流體的制備方法，其特征在于，微納米顆粒選自二氧化硅、過渡金屬氧化物或者非氧化物顆粒。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種剪切增稠流體的制備方法，其特征在于，非氧化物顆粒選自聚合物或者碳酸鈣，聚合物選自聚甲基丙烯酸甲酯或者聚苯乙烯。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的一種剪切增稠流體的制備方法，其特征在于，微納米顆粒的粒徑范圍為5ηπΓ Ο μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種剪切增稠流體的制備方法，其特征在于，制備過程中采用分散設(shè)備進(jìn)行混勻，混合時(shí)間為O. 3^5小時(shí)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種剪切增稠流體的制備方法，其特征在于分散設(shè)備采用渦流攪拌、超聲波攪拌設(shè)備、搖床震動(dòng)、超聲波處理或超聲照射。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的一種剪切增稠流體的制備方法，其特征在于在混合過程中加入助溶劑，助溶劑選自水、異丙醇、乙醇、烷烴化合物中的一種或幾種，助溶劑的質(zhì)量與微納米顆粒的質(zhì)量比為O. Γι :1。
10.一種如權(quán)利要求I所述的一種剪切增稠流體在液體防護(hù)復(fù)合材料中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及有機(jī)硅聚合物應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域，為解決微納米顆粒與分散介質(zhì)的相容匹配性，提高體系剪切增稠的效果，加強(qiáng)體系的儲存穩(wěn)定性問題，本發(fā)明提供了一種剪切增稠流體的制備方法，剪切增稠流體由微納米顆粒與有機(jī)硅聚合物混合制成，其中微納米顆粒與有機(jī)硅聚合物的質(zhì)量比為1~32~4，本發(fā)明制備工藝簡單、制備時(shí)間較短、產(chǎn)物品質(zhì)穩(wěn)定、易量產(chǎn)、能耗低、三廢少、成本低。本發(fā)明也提出了一種剪切增稠流體在液體防護(hù)復(fù)合材料的應(yīng)用，產(chǎn)品無毒，無污染，合適人體使用，同時(shí)也適用于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號D06M11/79GK102899894SQ201210171659
公開日2013年1月30日 申請日期2012年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月30日
發(fā)明者來囯橋, 張國棟, 鄔繼榮, 蔣劍雄, 許文東, 齊帆 申請人:杭州師范大學(xué)