專利名稱：高嶺土/羧甲基淀粉插層復(fù)合材料電流變液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高嶺土/羧甲基淀粉插層復(fù)合材料電流變液。
電流變液(Electrorheological Fluid簡(jiǎn)稱ER流體)是一種新型智能材料，在減振、機(jī)械傳動(dòng)、自控、機(jī)電一體化等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。目前，電流變液的性能還未達(dá)到實(shí)用化要求，其中最主要的制約因素是電場(chǎng)激勵(lì)下的力學(xué)值不高以及抗沉降性較差。關(guān)于電流變液分散相材料的研究大多集中在無機(jī)氧化物和有機(jī)高分子聚合物材料兩個(gè)領(lǐng)域內(nèi)。無機(jī)類材料曾經(jīng)是電流變液的主要研究對(duì)象，歐洲專利EP0396237利用硅鋁酸鹽作為電流變液的分散相顆粒，其成分為(Al2O3)b(SiO2)c，b∶c在1∶1～1∶9范圍內(nèi)，但存在力學(xué)性能偏低，抗沉降穩(wěn)定性差、對(duì)設(shè)備磨損大等缺點(diǎn)；后來多采用有機(jī)高分子聚合物材料為電流變液的分散相(如H.Block and J.P.Kelly，U.K.Patent，2170510(1985))，盡管其力學(xué)值通常比無機(jī)材料高且抗沉降性較好，但制備工藝復(fù)雜，成本高，有的毒性大，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。
本發(fā)明的目的是提供一種高嶺土與羧甲基淀粉相互作用的新型電流變液材料，其分散相為高嶺土/羧甲基淀粉插層復(fù)合材料。采用二次插層取代法，選用了二甲基亞砜作前驅(qū)體，首先制備高嶺土/二甲基亞砜插層復(fù)合物；然后經(jīng)過羧甲基淀粉的二次插層取代，羧甲基淀粉插入高嶺土層間，使高嶺土片層剝離。高嶺土單一片層分散在羧甲基淀粉中，形成納米尺度上的均一相材料。這種剝離型高嶺土/羧甲基淀粉插層復(fù)合材料既具有較高的力學(xué)值、寬的工作溫區(qū)和良好的抗沉降性，又有低廉的成本、簡(jiǎn)單的制備工藝等特點(diǎn)。充分發(fā)揮有機(jī)材料和無機(jī)材料的不同特長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，是一種綜合性能優(yōu)良的電流變材料。
本發(fā)明目的具體實(shí)施如下取一定量的高嶺土分散于二甲基亞砜溶液中，60-80℃之間攪拌一天，得高嶺土/羧甲基淀粉插層復(fù)合物。在三頸瓶中加入淀粉和無水乙醇，30-40℃之間加入一定量的KOH，加入量約為KOH總用量的一半，對(duì)淀粉進(jìn)行活化處理。反應(yīng)半小時(shí)后，加入KOH和氯乙酸混合物并升溫至40-50℃，反應(yīng)3個(gè)小時(shí)。反應(yīng)完畢后，抽濾，濾餅用無水乙醇洗滌多次，干燥粉碎即可得羧甲基淀粉。將制得的高嶺土/二甲基亞砜復(fù)合物分散于蒸餾水中并攪拌，使之充分溶脹，倒入三頸瓶中組成第一組分，再將羧甲基淀粉用蒸餾水充分溶解，移至分液漏斗中，組成第二組分。在加熱套上對(duì)高嶺土/二甲基亞砜復(fù)合物進(jìn)行攪拌，加熱至60℃左右開始滴加羧甲基淀粉溶液，滴加完畢后溫度恒定在70-80℃之間，反應(yīng)8小時(shí)，反應(yīng)完后，抽濾，用無水乙醇洗滌3次以上。濾餅60℃下真空干燥3小時(shí)，80℃下半小時(shí)，得到淡灰色顆粒，用研缽研成細(xì)小顆粒，即可得高嶺土/羧甲基淀粉插層復(fù)合物。將制得的復(fù)合物顆粒放入瑪瑙研缽中，研磨成細(xì)小均勻的顆粒。硅油在100℃下干燥一個(gè)小時(shí)，顆粒按體積比31％與硅油混合均勻即可得到以高嶺土/羧甲基淀粉復(fù)合物為分散相顆粒的電流變液。
本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)過程和材料性能由以下實(shí)施例和附圖詳細(xì)說明實(shí)施例一(高嶺土/羧甲基淀粉復(fù)合材料電流變液)在制備高嶺土/羧甲基淀粉插層復(fù)合物的過程中，采用了取代插層的方法，即先用前驅(qū)體二甲基亞砜插入高嶺土層間，再用羧甲基淀粉將前驅(qū)體取代出來，形成高嶺土/羧甲基淀粉插層復(fù)合物。實(shí)驗(yàn)中取10g高嶺土分散于20ml二甲基亞砜溶液中，60-80℃下攪拌反應(yīng)一天，可得高嶺土/二甲基亞砜插層復(fù)合物。在三頸燒瓶中加入10g淀粉和40ml無水乙醇，充分?jǐn)嚢琛?0-40℃時(shí)加入1.5gKOH，加入量為KOH總用量(3g)的一半，對(duì)淀粉進(jìn)行堿化處理，半小時(shí)后，加入1.5gKOH和5g氯乙酸混合物并升溫至40-50℃，在此溫度下反應(yīng)3個(gè)小時(shí)進(jìn)行羧甲基化處理。反應(yīng)完畢后，抽濾，濾餅用無水乙醇洗滌多次，干燥粉碎即可得羧甲基淀粉。將制得的高嶺土/二甲基亞砜復(fù)合物分散于蒸餾水中并攪拌，使之充分溶脹，倒入三頸燒瓶中組成第一組分；再將羧甲基淀粉用蒸餾水充分溶解，移至分液漏斗中，組成第二組分。在加熱套上對(duì)充分溶脹的高嶺土/二甲基亞砜復(fù)合物進(jìn)行攪拌，加熱至60℃時(shí)開始滴加羧甲基淀粉溶液，滴加完畢后溫度恒定在70-80℃之間，此溫度下反應(yīng)8小時(shí)。反應(yīng)完畢后，抽濾，在抽濾的過程中用無水乙醇洗滌3次以上。抽濾完成后，將樣品放入真空干燥箱內(nèi)60℃下真空干燥3小時(shí)，80℃下干燥半小時(shí)，得到淡灰色顆粒，用研缽研成細(xì)小顆粒，即可得高嶺土/羧甲基淀粉插層復(fù)合物。將制得的復(fù)合物顆粒放入瑪瑙研缽中，研磨3個(gè)小時(shí)，研成細(xì)小均勻的顆粒。硅油在100℃下干燥一個(gè)小時(shí)后，顆粒按體積比31％與硅油混合均勻，即可得到以高嶺土/羧甲基淀粉復(fù)合物為分散相顆粒的電流變液。

圖1顯示了體積比為31％的高嶺土/羧甲基淀粉復(fù)合材料(組成比為1∶1)電流變液在不同電場(chǎng)強(qiáng)度下剪切應(yīng)力隨剪切速率變化的情況。圖2是高嶺土/羧甲基淀粉(組成比為1∶1)、羧甲基淀粉和純高嶺土在不同電場(chǎng)強(qiáng)度下的剪切應(yīng)力的情況。圖3為不同電場(chǎng)強(qiáng)度下，復(fù)合物的不同配比與剪切應(yīng)力之間的關(guān)系。
實(shí)施例二(純高嶺土電流變液)將150℃下干燥2h后的高嶺土與甲基硅油按顆粒/硅油體積比31％配制成純高嶺土電流變液，測(cè)量其在不同電場(chǎng)強(qiáng)度下的剪切應(yīng)力的情況如圖1所示。
實(shí)施例三(羧甲基淀粉電流變液)按實(shí)施例一制備出羧甲基淀粉，將其與甲基硅油按顆粒/硅油體積比31％配制成羧甲基淀粉電流變液。測(cè)量其在不同電場(chǎng)強(qiáng)度下的剪切應(yīng)力的情況如圖1所示。
權(quán)利要求
1.一種高嶺土/羧甲基淀粉插層復(fù)合材料電流變液。其特征在于該材料的分散相為高嶺土/羧甲基淀粉插層復(fù)合微粒，連續(xù)相基液為甲基硅油；制備該分散相材料的工藝選用二次插層法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高嶺土/羧甲基淀粉插層復(fù)合材料電流變液，其特征在于分散相顆粒是先由二甲基亞砜直接插入高嶺土層間，形成有機(jī)/無機(jī)復(fù)合物；再由羧甲基淀粉對(duì)該有機(jī)/無機(jī)復(fù)合物進(jìn)行二次插層取代，形成高嶺土/羧甲基淀粉插層復(fù)合材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述高嶺土/羧甲基淀粉插層復(fù)合材料電流變液，其特征在于經(jīng)過羧甲基淀粉的二次插層取代，羧甲基淀粉插入高嶺土層間，使高嶺土片層剝離；高嶺土單一片層分散在羧甲基淀粉中，形成納米尺度上的均一相材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述高嶺土/羧甲基淀粉插層復(fù)合材料電流變液，其特征在于高嶺土/羧甲基淀粉插層復(fù)合材料顆粒按體積比31％與硅油混合均勻得到以高嶺土/羧甲基淀粉復(fù)合物為分散相顆粒的電流變液。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述高嶺土/羧甲基淀粉插層復(fù)合材料電流變液，其特征在于制備工藝方法包括以下步驟(1)選用高嶺土、二甲基亞砜、淀粉、甲基硅油等作為原料；(2)取一定量的高嶺土分散于二甲基亞砜溶液中，60-80℃下攪拌一天，得高嶺土/羧甲基淀粉插層復(fù)合物；(3)在三頸瓶中加入淀粉和無水乙醇，30-40℃時(shí)加入一定量的KOH，加入量約為KOH總用量的一半，對(duì)淀粉進(jìn)行活化處理；反應(yīng)半小時(shí)后，加入KOH和氯乙酸混合物并升溫至40-50℃，反應(yīng)3個(gè)小時(shí)；反應(yīng)完畢后，抽濾，濾餅用無水乙醇洗滌多次，干燥粉碎即可得羧甲基淀粉；(4)將制得的高嶺土/二甲基亞砜復(fù)合物分散于蒸餾水中并攪拌，使之充分溶脹，倒入三頸瓶中組成第一組分，再將羧甲基淀粉用蒸餾水充分溶解，移至分液漏斗中，組成第二組分；在加熱套上對(duì)高嶺土/二甲基亞砜復(fù)合物進(jìn)行攪拌，加熱至60℃時(shí)開始滴加羧甲基淀粉溶液，滴加完畢后溫度恒定在70-80℃之間，反應(yīng)8小時(shí)，反應(yīng)完后，抽濾，用無水乙醇洗滌3次以上；濾餅60℃下真空干燥3小時(shí)，80℃下半小時(shí)，得到淡灰色顆粒，用研缽研成細(xì)小顆粒，即可得高嶺土/羧甲基淀粉插層復(fù)合物；(5)將制得的復(fù)合物顆粒放入瑪瑙研缽中，研磨成細(xì)小均勻的顆粒；硅油在100℃下干燥一個(gè)小時(shí)，顆粒按體積比31％與硅油混合均勻即可得到以高嶺土/羧甲基淀粉復(fù)合物為分散相顆粒的電流變液。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高嶺土與羧甲基淀粉相互作用的新型電流變液材料，其分散相為高嶺土/羧甲基淀粉插層復(fù)合材料。采用二次插層取代法，選用了二甲基亞砜作前驅(qū)體，首先制備高嶺土/二甲基亞砜插層復(fù)合物；然后經(jīng)過羧甲基淀粉的二次插層取代，羧甲基淀粉插入高嶺土層間，使高嶺土片層剝離。高嶺土單一片層分散在羧甲基淀粉中，形成納米尺度上的均一相材料。這種剝離型高嶺土/羧甲基淀粉插層復(fù)合材料既具有較高的力學(xué)值、寬的工作溫區(qū)和良好的抗沉降性，又有低廉的成本、簡(jiǎn)單的制備工藝、反應(yīng)過程易于控制等特點(diǎn)，且強(qiáng)電場(chǎng)下的力學(xué)值較高(如附圖顯示)。
文檔編號(hào)C10M107/36GK1470623SQ02114690
公開日2004年1月28日 申請(qǐng)日期2002年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月22日
發(fā)明者趙曉鵬, 王寶祥, 李佳 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)