專利名稱：蒙脫土/淀粉復(fù)合顆粒電流變液材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電流變液材料及其制備技術(shù)，特別涉及一種蒙脫土/淀粉復(fù)合顆粒電流變液材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
電流變液是一種智能流體，它通常是由高介電常數(shù)、低電導(dǎo)率的固體顆粒分散于低介電常數(shù)的絕緣油中而形成的懸浮體系。該體系在電場(chǎng)的作用下可在瞬間實(shí)現(xiàn)液-固轉(zhuǎn)變，且這種轉(zhuǎn)變行為具有快速、可逆、可調(diào)控等優(yōu)點(diǎn)，故在自動(dòng)化、減振器、離合器、阻尼器、無級(jí)調(diào)速裝置及光學(xué)與印刷設(shè)備上有重要的應(yīng)用價(jià)值。目前，各種體系的的電流變材料均被廣泛的研究。早期的研究工作主要集中在含水電流變材料上，此種材料只有在有水存在的條件下才具有電流變效應(yīng)。由于受到水的影響，用該材料配制的電流變液性能不穩(wěn)定，適用溫度范圍很窄。隨后研究者們又開發(fā)成功了無水高聚物電流變材料，這類材料克服了含水電流變液材料的部分缺點(diǎn)，但還存在著制備工藝復(fù)雜、毒性大、成本高等不足之處，因此難以實(shí)商品化和現(xiàn)工業(yè)化。為了解決這些問題，部分研究者開始轉(zhuǎn)向無機(jī)電流變液材料的研究與開發(fā)上，而且在對(duì)無機(jī)氧化物類電流變液材料的摻雜與改性方面取得很大的進(jìn)展。但無機(jī)類材料因其密度大、質(zhì)地堅(jiān)硬，因而存在抗沉降性差及對(duì)器件磨損厲害等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種蒙脫土/淀粉復(fù)合顆粒電流變液材料。依據(jù)介電極化機(jī)理及協(xié)同作用機(jī)制，選用了具有層狀結(jié)構(gòu)并吸附有陽離子或有機(jī)物的蒙脫土和易發(fā)生極化的多羥基聚合物淀粉為基本組分，用溶液復(fù)合法制備了蒙脫土/淀粉有機(jī)-無機(jī)復(fù)合顆粒。用該顆粒配制的電流變液可以有效地克服純蒙脫土電流變液漏電流大及對(duì)器件磨損嚴(yán)重等缺點(diǎn)，而且所用原料價(jià)格低廉、制備工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)品無毒無害，有望實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)和廣泛應(yīng)用。


圖1 Na+-蒙脫土/羧甲基淀粉電流變液的剪切應(yīng)力與切變速率的關(guān)系。
圖2 Na+-蒙脫土/羧甲基淀粉及有機(jī)蒙脫土/羧甲基淀粉電流變液的靜態(tài)屈服應(yīng)力與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系。
圖3 Na+-蒙脫土/陽離子淀粉電流變液的剪切應(yīng)力與切變速率的關(guān)系。
圖4 Na+-蒙脫土/陽離子淀粉、有機(jī)蒙脫土/陽離子淀粉及Na+-蒙脫土/可溶性淀粉電流變液的靜態(tài)屈服應(yīng)力與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系具體實(shí)施方式
首先分別制備羧甲基淀粉和陽離子淀粉。將一定量的原淀粉和乙醇加入三口燒瓶中攪拌均勻，接著加入一定量氫氧化鈉的水和乙醇的混合溶液并在40℃下攪拌1小時(shí)使淀粉活化，然后加入氫氧化鈉和氯乙酸的乙醇混合液并在50℃下反應(yīng)3小時(shí)。反應(yīng)完畢后，將所得產(chǎn)物抽濾并用無水乙醇洗滌數(shù)次，接著將其放入真空干燥箱中在60℃下真空干燥10小時(shí)，即可得到疏松的羧甲基淀粉顆粒。陽離子淀粉的制備按如下工藝進(jìn)行取一定量的三甲基胺、環(huán)氧氯丙烷和去離子水放入三口燒瓶中，在室溫下攪拌反應(yīng)5小時(shí)；然后加入一定量的淀粉及氫氧化鈉和氯化鈉的混合水溶液，在40℃下攪拌反應(yīng)17小時(shí)；反應(yīng)完畢后向產(chǎn)物中加入適量鹽酸溶液，使產(chǎn)物的PH值為7；最后將產(chǎn)物抽濾、水洗、干燥及粉碎，即可得到陽離子淀粉。將一定量的蒙脫土分散于去離子水中，80℃下攪拌8小時(shí)使其充分溶脹；接著分別將一定量的羧甲基淀粉、陽離子淀粉及可溶性淀粉溶解于去離子水中，并在攪拌的條件下分別將這三種淀粉溶液滴入已溶脹的蒙脫土懸浮液中，在60℃攪拌8小時(shí)；然后加入乙醇置換體系中的水，以免在后處理的過程中產(chǎn)物結(jié)成硬塊；最后將產(chǎn)物抽濾、洗滌、干燥及粉碎即可分別得到蒙脫土/羧甲基淀粉、蒙脫土/陽離子淀粉及蒙脫土/可溶性淀粉復(fù)合顆粒。將所得的復(fù)合顆粒放入瑪瑙研缽中，研磨成細(xì)小均勻的顆粒，該顆粒與硅油按一定的比例混合均勻即可得到以蒙脫土/淀粉復(fù)合顆粒為分散相的電流變液。
本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)過程和材料的性能由實(shí)施例和

實(shí)施例一將10克原淀粉和50毫升無水乙醇放入三口燒瓶中攪拌均勻，然后在攪拌的條件下滴入溶有2克氫氧化鈉的水和乙醇的混合液，在40℃下攪拌反應(yīng)1小時(shí)，使淀粉充分活化；接著滴入溶有2克氫氧化鈉和3克氯乙酸的乙醇混合液，同時(shí)升溫至50℃，并在該溫度下攪拌反應(yīng)3小時(shí)；隨后將反應(yīng)產(chǎn)物抽濾，用無水乙醇洗滌3次以上；最后將其轉(zhuǎn)入真空干燥箱中，在60℃下真空干燥10小時(shí)后即可得到疏松的羧甲基淀粉顆粒。取2克Na+-蒙脫土分散于50毫升的去離子水中，在80℃下攪拌8小時(shí)，使Na+-蒙脫土充分溶脹；將5克羧甲基淀粉溶于20毫升的去離子水中；將淀粉溶液在攪拌的條件下滴入蒙脫土懸浮液中，并在60℃攪拌8小時(shí)；反應(yīng)完畢后向體系中加入大量乙醇進(jìn)行溶劑置換；然后將產(chǎn)物抽濾、用無水乙醇洗滌，再經(jīng)真空干燥、研磨即可得到Na+-蒙脫土/羧甲基淀粉顆粒。以該顆粒與硅油按質(zhì)量百分比為50％的比例配制成電流變液。電流變液的剪切應(yīng)力與切變速率的關(guān)系如附圖1所示，其靜態(tài)屈服應(yīng)力與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系如圖2所示。
實(shí)施例二取4克有機(jī)蒙脫土分散于100毫升去離子水中，在80℃下攪拌8小時(shí)，使有機(jī)蒙脫土充分溶脹；以實(shí)施例一制得的羧甲基淀粉4克溶于50毫升去離子水中，將淀粉溶液在攪拌的條件下滴入有機(jī)蒙脫土懸浮液中，并在60℃攪拌8小時(shí)；反應(yīng)完畢后向體系中加入大量乙醇進(jìn)行溶劑置換；然后將產(chǎn)物抽濾、用無水乙醇洗滌，再經(jīng)真空干燥、研磨即可得到有機(jī)蒙脫土/羧甲基淀粉顆粒。以該顆粒與硅油按質(zhì)量百分比為50％的比例配制成電流變液。電流變液的靜態(tài)屈服應(yīng)力與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系如附圖2所示。
實(shí)施例三取4毫升30％的三甲基胺水溶液、2毫升環(huán)氧氯丙烷和10毫升去離子水放入體積為250毫升三口燒瓶中，室溫?cái)嚢璺磻?yīng)5小時(shí)；然后加入8克原淀粉及15毫升溶有0.5克氯化鈉和0.2克氫氧化鈉的混合水溶液，在40℃下反應(yīng)17小時(shí)；隨后加入少量鹽酸溶液調(diào)節(jié)產(chǎn)物的PH值至7；最后將產(chǎn)物抽濾、水洗、干燥及粉碎，即可得到陽離子淀粉。取2克Na+-蒙脫土分散于50毫升的去離子水中，在80℃下攪拌8小時(shí)，使蒙脫土充分溶脹；將5克陽離子淀粉溶于20毫升的去離子水中；將淀粉溶液在攪拌的條件下滴入蒙脫土懸浮液中，并在60℃攪拌8小時(shí)；反應(yīng)完畢后向體系中加入大量乙醇進(jìn)行溶劑置換；然后將產(chǎn)物抽濾、用無水乙醇洗滌，再經(jīng)真空干燥、研磨即可得到Na+-蒙脫土/羧甲基淀粉顆粒。以該顆粒與硅油按質(zhì)量百分比為50％的比例配制成電流變液。電流變液的剪切應(yīng)力與切變速率的關(guān)系如附圖3所示，其靜態(tài)屈服應(yīng)力與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系如圖4所示。
實(shí)施例四取有4克Na+-蒙脫土分散于100毫升去離子水中，在80℃下攪拌8小時(shí)，使蒙脫土充分溶脹；以實(shí)施例三制得的陽離子淀粉4克溶于50毫升去離子水中，將淀粉溶液在攪拌的條件下滴入Na+-蒙脫土懸浮液中，并在60℃攪拌8小時(shí)；反應(yīng)完畢后向體系中加入大量乙醇進(jìn)行溶劑置換；然后將產(chǎn)物抽濾、用無水乙醇洗滌，再經(jīng)真空干燥、研磨即可得到Na+-蒙脫土/陽離子淀粉顆粒。以該顆粒與硅油按質(zhì)量百分比為50％的比例配制成電流變液。電流變液的靜態(tài)屈服應(yīng)力與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系如附圖4所示實(shí)施例五取1克Na+-蒙脫土分散于50毫升的去離子水中，在80℃下攪拌8小時(shí)，使蒙脫土充分溶脹；以實(shí)施例三制得的陽離子淀粉5克溶于50毫升的去離子水中；將淀粉溶液在攪拌的條件下滴入Na+-蒙脫土懸浮液中，并在60℃攪拌8小時(shí)；反應(yīng)完畢后向體系中加入大量乙醇進(jìn)行溶劑置換；然后將產(chǎn)物抽濾、用無水乙醇洗滌，再經(jīng)真空干燥、研磨即可得到Na+-蒙脫土/陽離子淀粉顆粒。以該顆粒與硅油按質(zhì)量百分比為50％的比例配制成電流變液。在不同的電場(chǎng)下電流變液的剪切應(yīng)力與切變速率的關(guān)系如附圖4所示。
實(shí)施例六取有4克有機(jī)蒙脫土分散于100毫升去離子水中，在80℃下攪拌8小時(shí)，使有機(jī)蒙脫土充分溶脹；以實(shí)施例三制得的陽離子淀粉4克溶于50毫升去離子水中，將淀粉溶液在攪拌的條件下滴入有機(jī)蒙脫土懸浮液中，并在60℃攪拌8小時(shí)；反應(yīng)完畢后向體系中加入大量乙醇進(jìn)行溶劑置換；然后將產(chǎn)物抽濾、用無水乙醇洗滌，再經(jīng)真空干燥、研磨即可得到有機(jī)蒙脫土/陽離子淀粉顆粒。以該顆粒與硅油按質(zhì)量百分比為50％的比例配制成電流變液。電流變液的靜態(tài)屈服應(yīng)力與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系如附圖4所示。
實(shí)施例七取有4克Na+-蒙脫土分散于100毫升去離子水中，在80℃下攪拌8小時(shí)，使蒙脫土充分溶脹；取4克可溶性淀粉溶于50毫升去離子水中，將淀粉溶液在攪拌的條件下滴入Na+-蒙脫土懸浮液中，并在60℃攪拌8小時(shí)；反應(yīng)完畢后向體系中加入大量乙醇進(jìn)行溶劑置換；然后將產(chǎn)物抽濾、用無水乙醇洗滌，再經(jīng)真空干燥、研磨即可得到Na+-蒙脫土/可溶性淀粉顆粒。以該顆粒與硅油按質(zhì)量百分比為50％的比例配制成電流變液。該電流變液的靜態(tài)屈服應(yīng)力與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系如附圖4所示。
權(quán)利要求
1.一種蒙脫土/淀粉復(fù)合顆粒電流變液材料，該材料的分散相是蒙脫土/淀粉復(fù)合電介質(zhì)顆粒，連續(xù)相為甲基硅油。
2.如權(quán)利要求1所述蒙脫土/淀粉復(fù)合顆粒電流變液材料，其特征是分散相是由具有層狀結(jié)構(gòu)的蒙脫土與易發(fā)生極化的多羥基聚合物淀粉復(fù)合而成的復(fù)合顆粒，顆粒中蒙脫土的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10～90％。
3.如權(quán)利要求1所述蒙脫土/淀粉復(fù)合顆粒電流變液材料，其特征是分散相復(fù)合顆粒中的蒙脫土為Na+-蒙脫土及有機(jī)類蒙脫土。
4.如權(quán)利要求1所述蒙脫土/淀粉復(fù)合顆粒電流變液材料，其特征是分散相復(fù)合顆粒中的淀粉為羧甲基淀粉、陽離子淀粉及可溶性淀粉。
5.如權(quán)利要求1所述蒙脫土/淀粉復(fù)合顆粒電流變液材料的制備方法，其特征是制備過程如下首先將一定量的蒙脫土分散于去離子水中，80℃下攪拌8小時(shí)使其充分溶脹；接著分別將一定量的羧甲基淀粉、陽離子淀粉及可溶性淀粉溶解于去離子水中，并在攪拌的條件下分別將這三種淀粉溶液滴入已溶脹的蒙脫土懸浮液中，在60℃攪拌8小時(shí)；然后加入乙醇置換體系中的水；最后將產(chǎn)物抽濾、洗滌、干燥及粉碎即可分別得到蒙脫土/羧甲基淀粉、蒙脫土/陽離子淀粉及蒙脫土/可溶性淀粉復(fù)合顆粒；將該顆粒與硅油按一定的比例混合均勻即可得到以蒙脫土/淀粉復(fù)合顆粒為分散相的電流變液。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電流變液材料及其制備技術(shù)，特別涉及一種蒙脫土/淀粉復(fù)合顆粒電流變液材料及其制備方法。與以往材料相比，本發(fā)明所得電流變液分散相材料蒙脫土/淀粉復(fù)合顆粒，采用溶液復(fù)合法制得，制備工藝簡(jiǎn)單，原料易得，組分與性能易于控制；復(fù)合顆粒中的基材蒙脫土具有層狀結(jié)構(gòu)并吸附有可移動(dòng)的陽離子或有機(jī)物，其與易極化的多羥基聚合物淀粉復(fù)合，改善了材料的介電性能和抗沉降性能，從而使該材料與甲基硅油所配制的電流變液的綜合性能得到優(yōu)化。附圖顯示了蒙脫土/陽離子淀粉復(fù)合顆粒電流變液靜態(tài)屈服應(yīng)力與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系。
文檔編號(hào)C10M125/00GK1539932SQ0311466
公開日2004年10月27日 申請(qǐng)日期2003年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月22日
發(fā)明者趙曉鵬, 向禮琴 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)