CN102733175A

CN102733175A - 一种多元分散相阻燃型剪切增稠液体及其制备方法与应用

Info

Publication number: CN102733175A
Application number: CN2011100932568A
Authority: CN
Inventors: 俞科静; 钱坤; 曹海建
Original assignee: Jiangnan University
Current assignee: Jiangnan University
Priority date: 2011-04-08
Filing date: 2011-04-08
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2031-04-08
Also published as: CN102733175B

Abstract

本发明涉及一种多元分散相阻燃型剪切增稠液体及其制备方法与应用，属于纳米材料技术领域。本发明多元分散相阻燃型剪切增稠液体的制备方法如下：首先在30～60℃温度下，分别将100重量份分散介质熔融，然后加入40～70重量份硬质纳米球型粒子，在30～60℃温度下分散40～70分钟后，再加入1～10重量份碳材料，同时加入10～20重量份的分散介质，常压下继续分散1～4小时，得到多元分散相的具有显著剪切增稠特性的液体，粘度为100～100000Pa·S/25℃，阻燃级别达到UL-94V-0级。本发明合理设计并应用了硬质纳米球型粒子的纳米效应和碳材料的自身特性，制备出多元分散相阻燃型、具有显著剪切增稠特性的液体。本发明多元分散相阻燃型剪切增稠液体可通过超声技术、喷涂技术、上浆工艺技术、灌装、热缝纫技术对纤维织物进行浸渍复合、涂覆复合或灌封复合，制备得到具有阻燃功能的轻型柔性软质防护材料。

Description

一种多元分散相阻燃型剪切增稠液体及其制备方法与应用

所属技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，尤其是涉及一种功能型非牛顿流体的制备及其应用。具体涉及一种由硬质纳米球型粒子和碳材料组成的多元分散相阻燃型剪切增稠液体及其制备方法和应用。

背景技术

剪切增稠液体(STF)是由分散相粒子和分散介质组成，是一种非牛顿力学行为可逆流体，在平衡状态下，表现为分散胶体形式；而在承受高速剪切力作用时，其粘度急剧增加，表现出固体行为；当承受的外界作用力撤销后，又能恢复到平衡状态下的分散胶体形式。关于剪切增稠液的制备技术、表征及其应用里已有相关报道。例如，中国专利，CN200810020141.4龚兴龙等公开了一种剪切增稠液体抗冲减振器，通过利用剪切增稠液体的剪切增稠特性，降低活塞与缸体的加工要求。中国专利，CN200710075526.6曹海琳等，《软质防刺材料及软体防刺复合结构》公开了一种软体防刺材料，包括纤维织物和具有剪切增稠特性的液体，所述具有剪切增稠特性的液体复合与所述纤维织物内部或表面。中国专利，CN200710122028.2高轶夫公开了一种液态性材料的防弹防刺服，其主要特征包括用具有剪切增稠特性的硬质纳米粒子悬浮液制成的剪切增稠液体浸渍的高强度纤维织物单层或多层叠加制成；外罩用粘扣粘连和纽扣挂接方式将防弹防刺材料连接在外罩的内侧或夹层。

以上方法中，都只是提及将硬质纳米粒子分散于非蒸发性的分散介质中，形成单分散剪切增稠液体；同时，以上方法中也没有对这类单分散剪切增稠液体的粘度表征；另外，以上方法中都没有提及多元分散相剪切增稠液的制备方法及应用。由于单分散相剪切增稠液功能单一，不宜适用于超高剪切应力范围、火场等恶劣环境，从而大大地限制了剪切增稠液的应用范围。

碳材料各种综合性能十分优良，现被广泛地应用于各个工业部门。碳材料具有良好的导电导热性、高的抗热震性、化学稳定性，它有金属和陶瓷的性能，能起到单一的金属、陶瓷起不到的作用，可用于阻燃材料的研究与开发。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有单分散相剪切增稠液体的不足之处，提供能适应于超高剪切应力使用范围的多元分散相具有阻燃功能的剪切增稠液体及其制备方法与应用。

为此，本发明提出了一种多元分散相阻燃型剪切增稠液体，包括硬质纳米粒子分散相和碳材料分散相，所述的具有阻燃型剪切增稠液体可通过超声技术、喷涂技术、上浆工艺技术对纤维织物内部或表面进行浸渍复合或涂覆复合，制备得到具有阻燃功能的轻型柔性软质防护材料。

本发明合理设计并利用了硬质纳米球型粒子的纳米效应和碳材料的自身特性，制备出阻燃型、具有显著剪切增稠特性的液体；工艺简单，操作方便，本发明可以在具有显著剪切增稠特性的基础上提供阻燃功能，扩大剪切增稠液体的应用范围，可用于具有阻燃功能的轻型柔性软质防护材料的制备。

本发明通过下述技术方案实现：

一种多元分散相阻燃型剪切增稠液体的制备方法，包括下述步骤：首先在30～60℃温度下，分别将100重量份分散介质熔融，然后加入40～70重量份硬质纳米球型粒子，在30～60℃温度下分散40～70分钟后，再加入1～10重量份碳材料，同时加入10～20重量份的分散介质，常压下继续分散1～4小时，得到多元分散相的具有显著剪切增稠特性的液体，粘度为100～100000Pa·S/25℃，阻燃级别达到UL-94V-0级。

所述分散介质为为不同分子量的聚乙二醇的一种或者二种以上的混合物，聚乙二醇的分子量范围为200～10000。

所述的多元分散相中所述的硬质纳米球型粒子分散相主要包括纳米二氧化硅粒子、聚苯乙烯粒子、聚甲基丙烯酸甲酯粒子，粒径大小在10nm～10μm；所述的碳材料分散相主要为石墨、金刚石、碳黑、富勒烯、碳纳米管、石墨烯的一种或者二种以上的混合物。

所述的分散方法是指超声振荡、搅拌、高速球磨等技术方法中的一种或二种及以上的复合分散技术方法。

所述的多元分散相阻燃型剪切增稠液体可用于功能型轻型柔性软质防护材料的制备。可通过超声技术、喷涂技术、上浆工艺技术、灌装、热缝纫技术对纤维织物进行浸渍复合、涂覆复合或灌封复合，其中浸渍与涂覆复合主要包括单面、双面和图形化浸渍或涂覆。

本专利的有益效果是：

1、本发明所采用的硬质纳米粒子、碳材料等原料廉价易得，生产成本低，生产工艺简单。

2、本发明充分应用了碳材料的特性，在充分发挥剪切增稠特性的基础上，赋予其阻燃的功能。

3、本发明充分利用超声技术、喷涂技术、上浆工艺技术、灌装、热缝纫技术等技术优势，根据具体的实际应用情况制备出重量轻、造价低、柔质的具有阻燃功能的防护材料。

本发明与已有方式制备的剪切增稠液不同之处在于采用了碳材料作为分散相和不同分子量聚乙烯作为分散介质，从物理化学结构方面入手，在显著提高其剪切增稠效应的基础上，赋予其阻燃的性能，得到了一种多元分散相阻燃型剪切增稠液体，扩大了其应用范围。

附图说明

图1为本发明多元分散相阻燃型剪切增稠液体的制备流程图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的多元分散相阻燃型剪切增稠液体及其制备方法的具体实施方式进行说明。

具体制备流程图如附图1所示，先将分散介质与硬质纳米粒子混合并分散均匀，然后再加入碳材料和分散介质，制备得到多元分散相阻燃型、具有显著剪切增稠特性的液体。

实施例1

将100重量份分子量为200的聚乙二醇倒入反应容器，升温至30℃，然后再加入50重量份硬质纳米球型二氧化硅粒子，在30℃温度下分散50分钟后，再加入2重量份碳黑，同时加入10重量份的分子量为400的聚乙二醇，常压下继续分散1小时，得到多元分散相阻燃型具有显著剪切增稠特性的液体，起始粘度为178Pa·S/25℃，阻燃级别达到了UL-94V-0级。

将剪切增稠液与纤维织物体积比按1∶3的比例稀释配置成剪切增稠浸渍液，通过超声技术使纤维织物充分吸收剪切增稠浸渍液，浸渍后将溶剂乙醇干燥蒸发，即制成具有阻燃功能的轻型柔性软质防护材料。

实施例2

将100重量份分子量为400的聚乙二醇倒入反应容器，升温至35℃，然后再加入60重量份硬质纳米球型二氧化硅粒子，在35℃温度下分散50分钟后，再加入5重量份碳纳米管，同时加入15重量份的分子量为200的聚乙二醇，常压下继续分散2小时，得到多元分散相的具有显著剪切增稠特性的液体，起始粘度为1510Pa·S/25℃，阻燃级别达到了UL-94V-0级。

将配制好的具有剪切增稠特性的液体按比例分批次缓慢灌装入制好的袋型纤维密封织物中，并通过灌装热缝纫技术制得具有阻燃功能的轻型柔性软质防护材料。

实施例3

将95重量份分子量为200和5重量份分子量为10000的聚乙二醇倒入反应容器，升温至45℃，然后再加入55重量份硬质纳米球型二氧化硅粒子，在45℃温度下分散50分钟后，再加入5重量份石墨烯，同时加入20重量份的分子量为200的聚乙二醇，常压下继续分散4小时，得到多元分散相的具有显著剪切增稠特性的液体，起始粘度为15400Pa·S/25℃，阻燃级别达到了UL-94V-0级。

将剪切增稠液与纤维织物体积比按1∶7的比例稀释配置成剪切增稠浸渍液，通过喷涂技术使纤维织物充分吸收剪切增稠浸渍液，浸渍后将溶剂乙醇干燥蒸发，即制成具有阻燃功能的轻型柔性软质防护材料。

Claims

1.一种多元分散相阻燃型剪切增稠液体的制备方法，其特征在于包括下述步骤：首先在30～60℃温度下，分别将100重量份分散介质熔融，然后加入40～70重量份硬质纳米球型粒子，在30～60℃温度下分散40～70分钟后，再加入1～10重量份碳材料，同时加入10～20重量份的分散介质，常压下继续分散1～4小时，得到多元分散相阻燃型具有显著剪切增稠特性的液体，粘度为100～100000Pa·S/25℃，阻燃级别达到UL-94V-0级。

2.根据权利要求书1所述的多元分散相阻燃型剪切增稠液体的制备方法，其特征在于，所述的分散介质为不同分子量的聚乙二醇的一种或者二种以上的混合物，聚乙二醇的分子量范围为200～10000。

3.根据权利要求书1所述的多元分散相阻燃型剪切增稠液体的制备方法，其特征在于，所述的分散相为硬质球型纳米粒子和碳材料组成的多元分散相。

4.根据权利要求书1所述的多元分散相阻燃型剪切增稠液体的制备方法，其特征在于，所述的硬质纳米球型粒子分散相主要包括纳米二氧化硅粒子、聚苯乙烯粒子、聚甲基丙烯酸甲酯粒子，粒径大小在10nm～10μm。

5.根据权利要求书1所述的多元分散相阻燃型剪切增稠液体的制备方法，其特征在于，所述的碳材料分散相主要为石墨、金刚石、碳黑、富勒烯、碳纳米管、石墨烯的一种或者二种以上的混合物。

6.根据权利要求书1所述的多元分散相阻燃型剪切增稠液体的制备方法，其特征在于，所述的分散方法主要有超声振荡、搅拌、高速球磨的一种或二种及以上的复合分散技术。

7.根据权利要求1的所述的一种多元分散相阻燃型剪切增稠液体的制备方法，其特征在于合理设计并利用了了硬质纳米球型粒子的纳米效应和碳材料的自身特性，从而制备出阻燃型、具有显著剪切增稠特性的液体。

8.如权利要求书1所述的多元分散相阻燃型剪切增稠液体的用途，可用于具有阻燃功能的轻型柔性软质防护材料的制备。

9.如权利要求书8所述的多元分散相阻燃型剪切增稠液体的用途，可通过超声技术、喷涂技术、上浆工艺技术、灌装技术对纤维织物进行浸渍复合、涂覆复合或灌封复合，其中浸渍与涂覆复合主要包括单面、双面和图形化浸渍或涂覆。