CN109593313B - 一种剪切增稠液体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种剪切增稠液体，其原料组成及其重量份数包括聚（N‑2‑羟丙基）甲基丙烯酰胺分散液50–70、交联组分溶液10–20，交联组分溶液的原料组成及其重量份数为：苯硼酸10–15、水杨羟肟酸3–5、溶剂20–30，制备时，先将聚（N‑2‑羟丙基）甲基丙烯酰胺分散液与交联组分溶液均匀混合，再调整体系的pH值至4.5–5.5，然后除去体系中的气泡即可。该设计不仅具有显著的剪切增稠效果，而且剪切增稠时间短。

Description

一种剪切增稠液体及其制备方法
技术领域
本发明属于有机高分子复合材料领域，具体涉及一种剪切增稠液体及其制备方法，该液体主要应用于防震减震、能量吸收、速度控制(如车辆减速带)、人体防护(如防弹衣)等领域。
背景技术
剪切增稠液体(简称STF液体)是一种非牛顿流体，流体经常呈浓缩的悬浮液状，在迅速增加剪切应力下，液体粘度急剧增加，甚至由液体转变成固体，并且此过程可逆。STF液体的这种特性使其在阻尼减振、个体防护等多个技术领域具有广泛的应用前景。
目前，STF液体通常采用的是将纳米二氧化硅等微小颗粒混于某基液(如乙二醇、聚乙二醇、矿物油等)形成的稳定悬浮液体。该类液体属于分散体系的STF液体，增稠效果与纳米二氧化硅的粒子尺寸、分散度等因素有密切关系，因此对其制备工艺要求较高，工艺复杂，同时，由于粒子直接的相互作用力存在不均匀性，其剪切增稠时间也会相对较长。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的工艺较为复杂、增稠时间长的问题，提供一种制备工艺简单、增稠时间短切增稠效果显著的剪切增稠液体及其制备方法。
为实现以上目的，本发明提供了以下技术方案：
一种剪切增稠液体，其原料组成包括聚(N-2-羟丙基)甲基丙烯酰胺分散液。
所述聚(N-2-羟丙基)甲基丙烯酰胺分散液的原料组成及其重量份数为：聚(N-2-羟丙基)甲基丙烯酰胺50–60、分散介质30–40。
所述剪切增稠液体的原料组成还包括交联组分溶液，所述交联组分溶液与聚(N-2-羟丙基)甲基丙烯酰胺分散液的重量份比为10–20:50–70，且交联组分溶液的原料组成及其重量份数为：苯硼酸10–15、水杨羟肟酸3–5、溶剂20–30。
所述剪切增稠液体的原料组成还包括抗氧剂1010、抗氧剂168，所述抗氧剂1010、抗氧剂168与聚(N-2-羟丙基)甲基丙烯酰胺分散液的重量份比为50–70:0.3–0.5:0.3–0.5。
所述溶剂为二甲基亚砜，所述分散介质为乙二醇。
所述聚(N-2-羟丙基)甲基丙烯酰胺分散液的制备方法为：将(N-2-羟丙基)聚甲基丙烯酰胺和分散介质加入容器中进行球磨，使聚(N-2-羟丙基)甲基丙烯酰胺均匀分散在分散介质中即可。
所述剪切增稠液体的原料组成还包括交联组分溶液，所述交联组分溶液与聚(N-2-羟丙基)甲基丙烯酰胺分散液的重量份比为10–20:50–70，且交联组分溶液的原料组成及其重量份数为：苯硼酸10–15、水杨羟肟酸3–5、溶剂20–30；
所述剪切增稠液体的制备方法为：先将聚(N-2-羟丙基)甲基丙烯酰胺分散液与交联组分溶液均匀混合，再调整体系的pH值至4.5–5.5，然后除去体系中的气泡即可。
所述交联组分溶液的制备方法为：将苯硼酸、水杨羟肟酸充分溶解于溶剂中即可。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明一种剪切增稠液体选用了聚(N-2-羟丙基)甲基丙烯酰胺分散液，聚(N-2-羟丙基)甲基丙烯酰胺作为剪切增稠液体属于聚合物剪切增稠体系，在剪切速率达到临界值附近时粒子会在剪切力的作用下从三维的无序状态转变为二维层状结构，粒子间相互作用力减弱，流动性增加，粘度变小，从而出现剪切变稀的现象，而在达到临界剪切速率之后，润滑流体动力会起主要作用，诱导产生粒子聚集以形成粒子簇，使流体的流动收到极大阻碍，粘度急剧上升，由流体变成固体状，从而出现剪切变稠的现象，上述特性使得该物质不仅能够应用于防震减震、能量吸收、速度控制、人体防护等领域，而且制备工艺简单易行。因此，本发明产品不仅具有良好的剪切增稠效果，而且制备工艺简易。
2、本发明一种剪切增稠液体还包括交联组分溶液，且交联组分溶液的原料组成及其重量份数为：苯硼酸10–15、水杨羟肟酸3–5、溶剂20–30，在该体系中，苯硼酸、水杨羟肟酸、聚(N-2-羟丙基)甲基丙烯酰胺(作为载体树脂)属于高分子半稀溶液剪切增稠，三者之间会存在动态交联，苯硼酸、水杨羟肟酸与聚(N-2-羟丙基)甲基丙烯酰胺分子链会通过化学键连接在大分子链上，在没有受到到剪切外力时，液体处于可流动状态，当受到强剪切力时，由于分子运动加剧，使氮配位硼氧形成动态共价键连接，该动态共价键能够在没有剪切外力和高剪切外力下可逆地打开与重构，其存在使得本材料不仅具有显著的剪切增稠效果，而且剪切增稠时间非常短。因此，本发明产品不仅显著增强了剪切增稠效果，而且有效缩短了剪切增稠时间。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
一种剪切增稠液体，其原料组成包括聚(N-2-羟丙基)甲基丙烯酰胺分散液。
所述聚(N-2-羟丙基)甲基丙烯酰胺分散液的原料组成及其重量份数为：聚(N-2-羟丙基)甲基丙烯酰胺50–60、分散介质30–40。
所述剪切增稠液体的原料组成还包括交联组分溶液，所述交联组分溶液与聚(N-2-羟丙基)甲基丙烯酰胺分散液的重量份比为10–20:50–70，且交联组分溶液的原料组成及其重量份数为：苯硼酸10–15、水杨羟肟酸3–5、溶剂20–30。
所述剪切增稠液体的原料组成还包括抗氧剂1010、抗氧剂168，所述抗氧剂1010、抗氧剂168与聚(N-2-羟丙基)甲基丙烯酰胺分散液的重量份比为50–70:0.3–0.5:0.3–0.5。
所述溶剂为二甲基亚砜，所述分散介质为乙二醇。
所述聚(N-2-羟丙基)甲基丙烯酰胺分散液的制备方法为：将聚(N-2-羟丙基)甲基丙烯酰胺和分散介质加入容器中进行球磨，使聚(N-2-羟丙基)甲基丙烯酰胺均匀分散在分散介质中即可。
所述剪切增稠液体的原料组成还包括交联组分溶液，所述交联组分溶液与聚(N-2-羟丙基)甲基丙烯酰胺分散液的重量份比为10–20:50–70，且交联组分溶液的原料组成及其重量份数为：苯硼酸10–15、水杨羟肟酸3–5、溶剂20–30；
所述剪切增稠液体的制备方法为：先将聚(N-2-羟丙基)甲基丙烯酰胺分散液与交联组分溶液均匀混合，再调整体系的pH值至4.5–5.5，然后除去体系中的气泡即可。
所述交联组分溶液的制备方法为：将苯硼酸、水杨羟肟酸充分溶解于溶剂中即可。
本发明所用主要原材料说明如下：
聚(N-2-羟丙基)甲基丙烯酰胺：剪切增稠液骨架聚合物材料；
苯硼酸：白色斜方晶体，交联组分；
水杨羟肟酸：白色针状结晶，交联组分；
抗氧剂1010：白色结晶粉末，抗热氧老化；
抗氧剂168：白色结晶粉末，辅助抗氧剂，亚磷酸酯抗氧剂，抗热氧老化。
在剪切增稠液体的制备方法中，通过将体系的pH值调整至4.5–5.5，可使得产品的剪切增稠效果最明显，剪切增稠迅速，强度最高。
实施例1：
一种剪切增稠液体，为聚(N-2-羟丙基)甲基丙烯酰胺分散液，所述聚(N-2-羟丙基)甲基丙烯酰胺分散液的原料组成及其重量份数为：聚(N-2-羟丙基)甲基丙烯酰胺50、乙二醇30。
所述聚(N-2-羟丙基)甲基丙烯酰胺分散液的制备方法为：将聚(N-2-羟丙基)甲基丙烯酰胺和乙二醇加入容器中球磨12小时，使聚(N-2-羟丙基)甲基丙烯酰胺均匀分散在乙二醇中即可。
实施例2：
与实施例1的不同之处在于：
所述剪切增稠液体的原料组成及其重量份数为：聚(N-2-羟丙基)甲基丙烯酰胺分散液50、交联组分溶液10、抗氧剂10100.3、抗氧剂1680.3，所述交联组分溶液的原料组成及其重量份数为：苯硼酸10、水杨羟肟酸3、二甲基亚砜20。
所述剪切增稠液体的制备方法为：先将聚(N-2-羟丙基)甲基丙烯酰胺分散液与交联组分溶液均匀混合，再采用盐酸调整体系的pH值至4.5，然后超声清洗机清洗1小时以除去体系中的气泡即可，其中，所述交联组分溶液的制备方法为：将苯硼酸、水杨羟肟酸充分溶解于二甲基亚砜中。
实施例3：
与实施例2的不同之处在于：
所述剪切增稠液体的原料组成及其重量份数为：聚(N-2-羟丙基)甲基丙烯酰胺分散液70、交联组分溶液20、抗氧剂10100.5、抗氧剂1680.5，所述聚(N-2-羟丙基)甲基丙烯酰胺分散液的原料组成及其重量份数为：聚(N-2-羟丙基)甲基丙烯酰胺60、乙二醇40，所述交联组分溶液的原料组成及其重量份数为：苯硼酸15、水杨羟肟酸5、二甲基亚砜30。
所述制备方法中，采用盐酸调整体系的pH值至5.5。
实施例4：
与实施例2的不同之处在于：
所述剪切增稠液体的原料组成及其重量份数为：聚(N-2-羟丙基)甲基丙烯酰胺分散液60、交联组分溶液15、抗氧剂10100.4、抗氧剂1680.4，所述聚(N-2-羟丙基)甲基丙烯酰胺分散液的原料组成及其重量份数为：聚(N-2-羟丙基)甲基丙烯酰胺55、乙二醇35，所述交联组分溶液的原料组成及其重量份数为：苯硼酸12、水杨羟肟酸4、二甲基亚砜25，
所述制备方法中，采用盐酸调整体系的pH值至5.0。
为检测本发明方法制备的产品各项性能，对以上实施例进行检测速率和粘度测试，结果如下：
检测项目 实施例1 实施例2-4
临界剪切速率 23.5s<sup>-1</sup> 16s<sup>-1</sup>
达到最大粘度时剪切速率 32s<sup>-1</sup> 18s<sup>-1</sup>
最大粘度 1000-1100Pa·s 1650-1700Pa·s

Claims (7)

1.一种剪切增稠液体，其特征在于：
所述剪切增稠液体的原料组成包括聚（N-2-羟丙基）甲基丙烯酰胺分散液，所述聚（N-2-羟丙基）甲基丙烯酰胺分散液的原料组成及其重量份数为：聚（N-2-羟丙基）甲基丙烯酰胺50–60、分散介质乙二醇30–40。
2.根据权利要求1所述的一种剪切增稠液体，其特征在于：
所述剪切增稠液体的原料组成还包括交联组分溶液，所述交联组分溶液与聚（N-2-羟丙基）甲基丙烯酰胺分散液的重量份比为10–20: 50–70，且交联组分溶液的原料组成及其重量份数为：苯硼酸10–15、水杨羟肟酸3–5、溶剂20–30。
3.根据权利要求1或2所述的一种剪切增稠液体，其特征在于：
所述剪切增稠液体的原料组成还包括抗氧剂1010、抗氧剂168，所述抗氧剂1010、抗氧剂168与聚（N-2-羟丙基）甲基丙烯酰胺分散液的重量份比为0.3–0.5:0.3–0.5:50–70。
4.根据权利要求2所述的一种剪切增稠液体，其特征在于：所述溶剂为二甲基亚砜。
5.一种权利要求1所述的剪切增稠液体的制备方法，其特征在于：
所述聚（N-2-羟丙基）甲基丙烯酰胺分散液的制备方法为：将聚（N-2-羟丙基）甲基丙烯酰胺和分散介质加入容器中进行球磨，使聚（N-2-羟丙基）甲基丙烯酰胺均匀分散在分散介质中即可。
6.根据权利要求5所述的一种剪切增稠液体的制备方法，其特征在于：
所述剪切增稠液体的原料组成还包括交联组分溶液，所述交联组分溶液与聚（N-2-羟丙基）甲基丙烯酰胺分散液的重量份比为10–20: 50–70，且交联组分溶液的原料组成及其重量份数为：苯硼酸10–15、水杨羟肟酸3–5、溶剂20–30；
所述剪切增稠液体的制备方法为：先将聚（N-2-羟丙基）甲基丙烯酰胺分散液与交联组分溶液均匀混合，再调整体系的pH值至4.5–5.5，然后除去体系中的气泡即可。
7.根据权利要求6所述的一种剪切增稠液体的制备方法，其特征在于：
所述交联组分溶液的制备方法为：将苯硼酸、水杨羟肟酸充分溶解于溶剂中即可。
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