專利名稱：一種納米氧化鈦有機溶膠電流變液的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種電流變液的制備方法，特別涉及一種納米氧化鈦有機溶膠電流變液的制備方法。
背景技術：
電流變液一般是由高介電常數的微小顆粒分散在低介電常數的絕緣液體中形成的懸浮體系。由于其在電場的作用下可瞬間實現液-固之間的快速、可逆、可調轉變，電流變液成為一種重要的人工智能材料和高效機電一體化中非常有潛力的智能流體，它被認為是有可能使諸如交通工具、液壓設備、機械制造業、傳感器技術等許多部門發生革命的材料。為了達到實用的要求，電流變液首先應該具有盡可能高的屈服應力，其次它還應該具有很多適合實際操作的性質，如漏電流密度低、溫度穩定性好、零場粘度低、抗沉淀穩定性優良等。電流變液可分為兩相電流變液和單相電流變液。前者是由固體顆粒分散在絕緣液體中組成的，后者是指液晶聚合物電流變液。兩相電流變材料包括無機材料、有機和聚合物材料及有機/無機復合材料。無機材料雖然屈服應力高，但由于顆粒的密度大、硬度大，使顆粒的懸浮穩定性差、對器件的磨損大。有機聚合物材料制備條件復雜、毒性大，且由于顆粒的聚集性強，導致分散性較差、剪切應力低。有機/無機復合材料雖然使電流變液的綜合性能，如剪切應力、漏電流密度有很大的改善，但其仍然存在顆粒的懸浮穩定性差、顆粒結構易破壞等問題。后來研究者們開發出納米電流材料，使懸浮液的穩定性及靜態力學值大大提高，但仍屬于兩相電流變液，制備顆粒的環節會產生顆粒的團聚長大，粉體對環境的污染等問題。液晶聚合物由于只是一相，不存在兩相的相容性懸浮穩定性問題，克服了兩相電流變液的一些缺點，但存在ER效應弱、響應時間慢、零電場黏度高等問題。因此開拓新的制備方法，找尋綜合性能優良的電流變材料成為該領域的焦點。我們設計利用水溶膠有機溶膠萃取直接制取SDBS改性納米氧化鈦有機溶膠電流變液，它具有很好的力學值，很低的漏電流密度，尤其是抗沉淀性能優良，不沉淀，而且在制備過程中省去了粉體的抽濾、干燥、研磨及電流變液的配制等繁瑣工序，避免了粉體的環境污染，是一種極具實用價值的環保型電流變液制備方法。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種抗沉淀性能優異的改性納米氧化鈦有機溶膠電流變液的制備方法。該制備方法因無需粉體制備這一步驟，直接制取目標電流變液樣品，從而節省了繁瑣的粉體制備工序，消除了粉體制備過程中對環境的污染，是一種極具實用價值的環保型電流變液制備方法。
本發明提供的技術方案是一種納米氧化鈦有機溶膠電流變液的制備方法，其特征在于該電流變液的分散相為十二烷基苯磺酸鈉表面改性氧化鈦納米顆粒，連續相為二甲基硅油，制備該電流變液選用鈦酸四丁酯作水解前驅體，控制反應條件，先制取透明納米氧化鈦水溶膠，經膠凝、有機溶劑萃取、分離、蒸發等工序直接制取納米氧化鈦有機溶膠電流變液。
本發明制得的電流變液具有極其優異的抗沉淀性，力學性能優良。而且在制備過程中省去了粉體的抽濾、干燥、研磨及電流變液的配制等繁瑣工序，避免了粉體的環境污染，反應在常溫下進行，制備條件簡單，為是一種全新的且極具實用價值的環保型電流變液制備方法。
制備納米氧化鈦有機溶膠電流變液各流程具體工藝規范如下1、選用鈦酸四丁酯作水解前驅體，十二烷基苯磺酸鈉做膠凝劑及有機表面改性劑，6M鹽酸做水解抑制劑。
2、量取50ml去離子水，加入3.5ml～5ml的6mol/L鹽酸，配成酸性溶液，pH為0.5～1.5，把7.5g(使濃度在0.2mol/L～0.6mol/L內)鈦酸四丁酯緩慢滴入上述酸性溶液，常溫反應5小時得淡藍色透明水溶膠。
3、將0.64g～1.2g(質量百分比濃度為0.8％～1.5％)十二烷基苯磺酸鈉與2ml的6mol/L鹽酸加入30ml去離子水中，溶解完全后，滴入上述透明水溶膠，攪拌3小時后得白色乳液。
4、將5ml(使硅油質量百分比濃度在3％～10％內)二甲基硅油加入150ml石油醚中攪拌使其分散均勻后(有機萃取劑與水溶膠體積比為1～3)，將其加入3中的白色乳液，劇烈攪拌5小時使納米氧化鈦置換入二甲基硅油的石油醚溶液中。
5、將4中所得液體倒入分液漏斗中靜置分層，上層為乳白色有機溶膠，下層為水溶液，分離出下層水溶膠，將上層有機溶膠在常溫下減壓旋轉蒸發，然后將蒸發剩余物在真空干燥箱中80℃下干燥3小時，得到納米氧化鈦有機溶膠電流變液，顆粒粒度為7nm～100nm。
圖1納米氧化鈦有機溶膠電流變液的剪切應力與剪切速率的關系。
圖2實施例一、實施例二、實施例五制取的油水混合液分層情況照片。
具體實施例方式
所用化學原料除鈦酸丁酯為化學純外，其余全為分析純，去離子水為實驗室自制。
下面結合實施例及
對本發明作進一步詳細說明實施例一選用鈦酸四丁酯作水解前驅體，十二烷基苯磺酸鈉做膠凝劑及有機表面改性劑，6M鹽酸做水解抑制劑。量取50ml去離子水，加入3.5ml～5ml的6mol/L鹽酸，配成酸性溶液。把7.5g鈦酸四丁酯緩慢的滴入上述酸性溶液，常溫反應5小時得淡藍色透明水溶膠。另將0.64g～1.2g十二烷基苯磺酸鈉與2ml的6mol/L鹽酸加入30ml去離子水中，完全溶解后，滴入上述透明水溶膠中，攪拌3小時后得白色乳液。再將5ml二甲基硅油加入150ml石油醚中攪拌使其分散均勻后，將二甲基硅油的石油醚溶液加入上述白色乳液中，劇烈攪拌5小時使納米氧化鈦置換在石油醚中后將液體倒入分液漏斗中靜置分層，上層為乳白色有機溶膠，下層為水溶液，分離出下層水溶液，將上層有機溶膠在常溫下減壓旋轉蒸發，然后將蒸發剩余物在真空干燥箱中80℃下干燥3小時，得到納米氧化鈦有機溶膠電流變液。其剪切應力與剪切速率的關系如圖1所示，其油水混合液分層情況如圖2所示。
實施例二選用鈦酸四丁酯作水解前驅體，十二烷基苯磺酸鈉做膠凝劑及有機表面改性劑，6M鹽酸做水解抑制劑。量取50ml去離子水，加入3.5ml～5ml的6mol/L鹽酸和1ml甲酰胺，配成酸性溶液。把7.5g鈦酸四丁酯緩慢的滴入上述酸性溶液，常溫反應5小時得白色乳液。將0.64g～1.2g十二烷基苯磺酸鈉與2ml的6mol/L鹽酸加入30ml去離子水中，溶解完全后，滴入上述白色乳液攪拌3小時得白色濁液。將5ml二甲基硅油加入150ml石油醚中攪拌使其分散均勻后，將混合溶液加入白色濁液，劇烈攪拌5小時后將液體倒入分液漏斗中靜置分層，納米氧化鈦未能置換入石油醚溶液中，上層仍為透明的石油醚溶液，下層為乳白色水溶膠。其油水混合液分層情況如圖2所示。
實施例三選用鈦酸四丁酯作水解前驅體，十二烷基苯磺酸鈉做膠凝劑及有機表面改性劑，6M鹽酸做水解抑制劑。量取50ml去離子水，加入3.5ml～5ml的6mol/L鹽酸和0.9g硝酸鉻，配成酸性溶液。把7.5g鈦酸四丁酯緩慢的滴入上述酸性溶液，常溫反應5小時得綠色乳液。將0.64g～1.2g十二烷基苯磺酸鈉與2ml的6mol/L鹽酸加入30ml去離子水中，溶解完全后，滴入上述綠色乳液攪拌3小時得綠色濁液。將5ml二甲基硅油加入150ml石油醚中攪拌使其分散均勻后，將混合溶液加入綠色濁液，劇烈攪拌5小時后將液體倒入分液漏斗中靜置分層，上層有機溶液中無萃取物，下層淡綠色水溶液中只有少量顆粒，底層有大量白色氧化鈦沉淀。
實施例四選用鈦酸四丁酯作水解前驅體，油酸做膠凝劑及有機表面改性劑，6M鹽酸做水解抑制劑。量取50ml去離子水，加入3.5ml～5ml的6mol/L鹽酸，配成酸性溶液。把7.5g鈦酸四丁酯緩慢的滴入上述酸性溶液，常溫反應5小時得淡藍色透明水溶膠。另將0.5g～1g油酸與2ml的6mol/L鹽酸加入30ml去離子水中，完全溶解后，滴入上述透明水溶膠中，攪拌3小時后得白色乳液。再將5ml二甲基硅油加入150ml石油醚中攪拌使其分散均勻后，將二甲基硅油的石油醚溶液加入上述白色乳液中，劇烈攪拌24小時候后，納米氧化鈦未能置換入石油醚溶液中，上層仍為透明的石油醚溶液，下層為乳白色水溶膠。
實施例五選用鈦酸四丁酯作水解前驅體，十六烷基三甲基溴化銨做膠凝劑及有機表面改性劑，6M鹽酸做水解抑制劑。量取50ml去離子水，加入3.5ml～5ml的6mol/L鹽酸，配成酸性溶液。把7.5g鈦酸四丁酯緩慢的滴入上述酸性溶液，常溫反應5小時得淡藍色透明水溶膠。另將0.5g～1g十六烷基三甲基溴化銨與2ml的6mol/L鹽酸加入30ml去離子水中，完全溶解后，滴入上述透明水溶膠中，攪拌3小時后得白色乳液。再將5ml二甲基硅油加入150ml石油醚中攪拌使其分散均勻后，將二甲基硅油的石油醚溶液加入上述白色乳液中，劇烈攪拌5小時后將液體倒入分液漏斗中靜置分層，10小時后沒有出現兩相分層。其油水混合液分層情況如圖2所示。
實施例六將實施例一中常溫反應5小時得到的淡藍色透明水溶膠在50℃下減壓旋轉蒸發，得到白色氧化鈦粉體。將該白色氧化鈦粉體在紅外燈下干燥3小時后，分散于二甲基硅油中配成電流變液，顆粒分散性很好。
權利要求
1.一種納米氧化鈦有機溶膠電流變液的制備方法，其特征在于該電流變液的分散相為十二烷基苯磺酸鈉表面改性氧化鈦納米顆粒，連續相為二甲基硅油，制備該電流變液選用鈦酸四丁酯作水解前驅體，控制反應條件制取氧化鈦透明水溶膠，經膠凝、有機溶劑萃取、分離、蒸發等工序直接制取納米氧化鈦有機溶膠電流變液。
2.根據權利要求1所述一種納米氧化鈦有機溶膠電流變液的制備方法，其特征在于制取氧化鈦水溶膠的反應條件是(1)鈦酸四丁酯的濃度為0.2mol/L～0.6mol/L；(2)溶液的PH值為0.5～1.5；(3)溫度為15℃～35℃。
3.根據權利要求1所述一種納米氧化鈦有機溶膠電流變液的制備方法，其特征在于選用十二烷基苯磺酸鈉做膠凝劑與表面改性劑，質量百分比濃度為0.8％～1.5％。
4.根據權利要求1所述一種納米氧化鈦有機溶膠電流變液的制備方法，其特征在于有機萃取劑選用含有二甲基硅油的石油醚溶液，硅油的質量百分比濃度為3％～10％。
5.根據權利要求1所述一種納米氧化鈦有機溶膠電流變液的制備方法，其特征在于有機萃取劑與水溶膠的體積比為1～3。
6.根據權利要求1所述一種納米氧化鈦有機溶膠電流變液的制備方法，其特征在于經有機溶劑萃取分離后，有機溶膠是在常溫下進行減壓旋轉蒸發，然后將蒸發剩余物在真空干燥箱中70℃～100℃下干燥2～5小時，得到納米氧化鈦有機溶膠電流變液，分散相納米氧化鈦為無定形態，粒度為7nm～100nm。
7.根據權利要求1所述一種納米氧化鈦有機溶膠電流變液的制備方法，其特征在于制備工藝方法包括以下步驟(1)量取50ml去離子水，加入3.5ml～5ml的6mol/L鹽酸，配成酸性溶液，把7.5g鈦酸四丁酯緩慢滴入上述酸性溶液，室溫反應5小時得淡藍色透明水溶膠；(2)將0.64g～1.2g十二烷基苯磺酸鈉與2ml的6mol/L鹽酸加入30ml去離子水中，溶解完全后，滴入上述透明水溶膠，攪拌3小時后得白色乳液；(3)將5ml二甲基硅油加入150ml石油醚中攪拌使其分散均勻后，將其加入3中的白色乳液，劇烈攪拌5小時使納米氧化鈦置換入二甲基硅油的石油醚溶液中；(4)將4中所得液體倒入分液漏斗中靜置分層，上層為乳白色有機溶膠，下層為水溶液，分離出下層水溶膠，將上層有機溶膠在室溫下減壓旋轉蒸發，然后將蒸發剩余物在真空干燥箱中80℃下干燥3小時，得到納米氧化鈦有機溶膠電流變液。
全文摘要
本發明涉及一種電流變液的制備方法，特別涉及一種納米氧化鈦有機溶膠電流變液的制備方法。制備該電流變液選用鈦酸四丁酯作水解前驅體，控制反應條件，先制取透明氧化鈦水溶膠，經膠凝、有機溶劑萃取、分離、蒸發等工序直接制取納米氧化鈦有機溶膠電流變液。與以往的制備方法相比，本發明提供的制備方法無需粉體制備過程，直接制取目標電流變液樣品，從而節省了繁瑣的粉體制備工序，消除了粉體制備過程中對環境的污染；反應在常溫下進行，反應過程簡單易操作，且制得的電流變液無沉淀，是一種極具實用價值的環保型電流變液制備方法。其電流變效應如附圖所示。
文檔編號C10M103/00GK1940038SQ20051009610
公開日2007年4月4日 申請日期2005年9月30日 優先權日2005年9月30日
發明者趙曉鵬, 趙艷, 王寶祥 申請人:西北工業大學