專利名稱：一種剪切增稠流體的制備方法與應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及低粘度硅油應用的技術領域，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：
人類在現實生活中面臨傷害的可能性在不斷地增加，對防護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展，個體防護材料近年來也取得了長足進展，逐漸由原來的硬質、半硬質產品，發展到目前的軟質產品以及最新的液體防護裝備，液體防護材料在防護領域具有很大的市場前景。這種分散體系的剪切增稠效應作為一種宏觀現象，很早就引起人們的重視，如傳輸管道的阻塞、儀器的破壞等，而在生產實踐中要盡力避免這類有害效應的影響。從20世紀80年代末開始，人們開始研究如何利用這種現象化害為利，在防彈和防震領域已經取得廣闊應用。Fischer等人應用STF (剪切增稠流體)設計出三明治梁，達到控制振動響應的目的，表明STF在振動領域的具有應用價值。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驗，證實STF可以在同等硬度的情況下大大提高防彈衣的強度，即可以做出柔韌性好強度高的防護設備。剪切增稠流體是一種非牛頓流體或者稱為膨脹性流體，一般是由懸浮介質和粒徑 相對均一的無機膠狀顆粒組成，在通常低能量狀態，即未受到撞擊時，它可以正常流動；當受到觸發或碰撞，STF就變成堅硬的固體，使織物更強韌，提供無法估量的防護作用。所以，利用STF制造的新型防護衣，平時柔軟舒適，一旦遭到刀等利物的砍、刺、或高速子彈、彈片的沖擊，就會在受到沖擊的瞬間變得堅韌無比，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。當沖擊力消失之后，剪切增稠液又恢復液體狀態，織物也重新變軟。目前，制備液體防護材料的剪切增稠液體大多由聚乙二醇和二氧化硅復合組成，申請號為201110062145. 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構的局限性，組成的體系存在由于聚乙二醇吸濕性強而導致體系的不穩定，鍵能低、不耐剪切等問題。
發明內容
為解決微納米顆粒與分散介質的相容匹配性，提高體系剪切增稠的效果，加強體系的儲存穩定性問題，本發明提供了一種剪切增稠流體的制備方法，本發明制備工藝簡單、制備時間較短、產物品質穩定、易量產、能耗低、三廢少、成本低。本發明也提出了一種剪切增稠流體在液體防護復合材料的應用，產品無毒，無污染，合適人體使用，同時也適用于工業化生產。本發明是通過以下技術方案實現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量百分比分別為2(Γ60%、4(Γ80%。作為優選，微納米顆粒與低粘度硅油的質量百分比分別為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，大多數是膠狀或者呈球狀形態，也可以為其他一些不規整的結構(橢圓形，立方體或者是其他多面體結構)，這些氧化物表面可以經過分子表面進行改性處理，比如進行硅烷化處理。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。作為優選，這些顆粒粒徑范圍在5nnT8000nm，分散于膠體中可保持長時間的流動性。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。可采用分散設備進行混勻；可采用渦流攪拌、超聲波攪拌設備、搖床震動、超聲波處理、超聲照射混勻；處理時間為O. 3飛小時。
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化合物。烷烴分子中，氫原子的數目達到最大值，它的通式為CnH2n+2。分子中每個碳原子都是Sp3雜化。助溶劑的用量與微納米顆粒的質量比為O. Γ1 :1。助溶劑促進了微納米顆粒在體系中的分散，同時助溶劑選擇時保證在混合完畢后經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復合材料中的應用。與現有技術相比，本發明的有益效果是
(1)本發明有效地提高了分散相與分散介質的相容匹配性，提高相互作用，增強了剪切增稠的效果，防止微納米顆粒的團聚和實現顆粒的均勻分散；
(2)本發明制備工藝簡單、制備時間較短、產物品質穩定、易量產、能耗低、三廢少、成本低。( 3 )產品無毒，無污染，合適人體使用，同時也適用于工業化生產。
圖I為分散于聚二甲基硅氧烷的剪切增稠流體的穩態流變曲線。
具體實施例方式下面通過具體實施例對本發明作進一步詳細說明，所需原料均可市購，以下實例僅僅對本發明進行進一步的說明，不應理解為對本發明的限制。實施例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,采用行星攪拌設備處理3小時，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，能很好的滿足后續加工的需要。
實施例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,采用超聲攪拌設備處理I小時。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，同時在抽真空的條件下緩慢攪拌揮發去除無水乙醇，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，能很好的滿足后續加工的需要。實施例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，采用行星攪拌設備處理3. 5小時。(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、同時在抽真空的條件下緩慢攪拌揮發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，能很好的滿足后續加工的需要。實施例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，采用行星攪拌設備處理4. 5小時。(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、同時在抽真空的條件下緩慢攪拌揮發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，能很好的滿足后續加工的需要。實施例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，采用行星攪拌設備處理3小時，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，能很好的滿足后續加工的需要。實施例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，采用行星攪拌設備處理4. 5小時。( 2)然后，將上述制得的環己烷稀釋的剪切增稠流體升溫到80°C、同時在抽真空的條件下緩慢攪拌揮發去除環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，能很好的滿足后續加工的需要。實施例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，采用行星攪拌設備處理3. 5小時，制得由環己烷稀釋的剪切增稠流體。(2)然后，將上述制得的環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去除環己烷，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，能很好的滿足后續加工的需要。將通過實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，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態流變曲線。從圖I所示的穩態流變曲線可以看出，本發明所制備的剪切增稠流體具有很好的剪切增稠特性。應用例·
將上述實施例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合制備液體防護復合材料，所獲得的復合材料防護能力強、質量小、柔軟堅韌能夠滿足個體防護材料全面、舒適、簡便化的要求。通過考慮本公開的說明書和實施例，對于本領域技術人員來說，本公開的其它實施例將是顯而易見的。以上內容是結合具體的實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限于這些說明。本公開的真實范圍和實質由所附的權利要求限定。
權利要求
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量百分比分別為2(Γ60%、4(Γ80%。
2.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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備進行混勻，混合時間為O. 3^5小時。
8.根據權利要求7所述的一種剪切增稠流體的制備方法，其特征在于分散設備采用渦流攪拌、超聲波攪拌設備、搖床震動、超聲波處理或超聲照射。
9.根據權利要求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，助溶劑的質量與微納米顆粒的質量比為O. Γι :1。
10.一種如權利要求I所述的一種剪切增稠流體在液體防護復合材料中的應用。
全文摘要
本發明涉及有機硅聚合物應用的技術領域，為解決微納米顆粒與分散介質的相容匹配性，提高體系剪切增稠的效果，加強體系的儲存穩定性問題，本發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硅聚合物混合制成，其中微納米顆粒與有機硅聚合物的質量比為1~32~4，本發明制備工藝簡單、制備時間較短、產物品質穩定、易量產、能耗低、三廢少、成本低。本發明也提出了一種剪切增稠流體在液體防護復合材料的應用，產品無毒，無污染，合適人體使用，同時也適用于工業化生產。
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 優先權日2012年5月30日
發明者來囯橋, 張國棟, 鄔繼榮, 蔣劍雄, 許文東, 齊帆 申請人:杭州師范大學