CN1098342C - 包覆非离子表面活性剂的二氧化钛电流变液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种电流变液材料及其制备技术，特别涉及一种包覆有非离子表面活性剂的二氧化钛电流变液材料。它的制备方法是，将钛酸正丁酯在分散有非离子表面活性剂的乳液中水解生成二氧化钛，同时原位实现表面活性剂对二氧化钛颗粒的包覆。特点是原料易得，反应可在低温下完成；少量表面活性剂对颗粒的包覆大大提高纯二氧化钛单独作分散相的电流变液的切应力和分散相颗粒的悬浮稳定性，降低了纯二氧化钛的易吸水性，优化了电流变液的温度效应。
Description
本发明涉及一种电流变液材料，特别涉及一种包覆非离子表面活性剂的二氧化钛电流变液材料及其制备方法。
电流变液是一种近年来备受关注的智能流体，它一般是由高介电常数、低电导的易极化电介质颗粒分散于低介电常数的绝缘油中形成的悬浮体系。该体系可在电场作用下快速、可逆地实现自身流体类型的液-固转变，故在自动化、机械、减震、光学仪器和印刷等领域有重要应用价值。早期含水电流变液，如二氧化钛作分散相电流变液曾被广泛研究，其特点是二氧化钛具有高介电常数，但缺点是易吸水，且电流变效应只靠吸水才能得到，干态下几乎没有电流变活性。故在温度变化很宽的场合下，水的存在使电流变液性能下降很大，且漏电流大，限制了其实用。八十年代无水聚合物电流变液的开发成功在一定程度上解决了这些问题，但无水聚合物电流变液在制备工艺、毒性、成本上都存在问题，对实现电流变液的商品化和工业化具有一定的阻碍。
为解决这些问题，研究者们除探索制备新型电流变液材料以外，添加剂也被广泛的使用在电流变液中。但从目前所得到的材料来看，添加剂的使用主要以简单的与基液共混而形成悬浮体系。这种方法在一定程度上使电流变液的综合性能得不到大幅度改善，而有时可能还会造成电流变效应的不稳定等问题。
本发明的目的是提供一种利用非离子表面活性剂包覆的二氧化钛电流变液，它不仅可有效提高纯二氧化钛电流变液的电流变强度、优化温度效应，还可较有效地改善悬浮颗粒的悬浮稳定性。同时，非离子表面活性剂的使用大大降低了二氧化钛的吸水性；本方法还存在制备简单、产物均匀的特点。
本发明的目的具体实施如下：
用化学纯以上等级原料：钛酸正丁酯做主反应物，环己烷作有机溶剂，非离子表面活性剂为span80、span60、tween等，首先将一定量的表面活性剂分散于环己烷中，在搅拌下滴加一定量的二次去离子水，室温下继续搅拌数十分钟得到白色乳液；将钛酸正丁酯分散于坏己烷中，并在高速搅拌下将其缓慢滴加到上述所得乳液中，充分搅拌让钛酸正丁酯水解完全，静止后，在80℃蒸馏除去有机溶剂，得到疏松的粉末材料，粉末在100～120℃下用烘箱干燥处理2小时。最后将粉末与甲基硅油按颗粒/硅油体积比为40％配制即得到电流变液。
本发明只通过添加少量非离子表面活性剂即可改善纯二氧化钛电流变液性能的不足和沉降性的过大，且明显改善了纯二氧化钛电流变液的温度效应；表面活性剂的用量可对电流变液的电流变效应进行调控。制备工艺简便，反应可在低温下得到实现；该材料的另一特点是通过包覆非离子表面活性剂后二氧化钛的吸水性明显减小。
本发明的实现过程和材料的性能由以下实施例和附图说明：
实施例一：
首先将0.5g的span80分散于40ml环己烷中，在搅拌下滴加4ml二次去离子水，室温下继续搅拌数十分钟得到白色乳液；将7.5ml钛酸正丁酯分散于40ml环己烷中，并在高速搅拌下将其缓慢滴加到上述所得乳液中，充分搅拌让钛酸正丁酯水解完全，静止后，在80℃蒸馏除去有机溶剂，得到疏松的粉末材料，粉末在100～120℃下用烘箱干燥处理2小时。最后将干燥粉末与甲基硅油按颗粒/硅油体积比为40％配制即得到电流变液。电流变液的切应力与电场强度、电流密度与电场强度、切应力与切变速率、切应力与温度的关系曲线如附图所示，将电流变液装入量筒中分析其沉降性。
实施例二：
首先将1.0g的span80分散于40ml环己烷中，在搅拌下滴加4ml二次去离子水，室温下继续搅拌数十分钟得到白色乳液；将7.5ml钛酸正丁酯分散于40ml环己烷中，并在高速搅拌下将其缓慢滴加到上述所得乳液中，充分搅拌让钛酸正丁酯水解完全，静止后，在80℃蒸馏除去有机溶剂，得到疏松的粉末材料，粉末在100～120℃下用烘箱干燥处理2小时。最后将粉末与甲基硅油按颗粒/硅油体积比为40％配制即得到电流变液。电流变液的切应力与电场强度、电流密度与电场强度、切应力与切变速率、切应力与温度的关系曲线如附图所示。
实施例三：
首先将2.0g的span80分散于40ml环己烷中，在搅拌下滴加4ml二次去离子水，室温下继续搅拌数十分钟得到白色乳液；将7.5ml钛酸正丁酯分散于40ml环己烷中，并在高速搅拌下将其缓慢滴加到上述所得乳液中，充分搅拌让钛酸正丁酯水解完全，静止后，在80℃蒸馏除去有机溶剂，得到疏松的粉末材料，粉末在100～120℃下用烘箱干燥处理2小时。最后将粉末与甲基硅油按颗粒/硅油体积比为40％配制即得到电流变液。电流变液的切应力与电场强度、电流密度与电场强度、切应力与切变速率、切应力与温度的关系曲线如附图所示。
实施例四：
首先将3.0g的span80分散于40ml环己烷中，在搅拌下滴加4ml二次去离子水，室温下继续搅拌数十分钟得到白色乳液；将7.5ml钛酸正丁酯分散于40ml环己烷中，并在高速搅拌下将其缓慢滴加到上述所得乳液中，充分搅拌让钛酸正丁酯水解完全，静止后，在80℃蒸馏除去有机溶剂，得到疏松的粉末材料，粉末在100～120℃下用烘箱干燥处理2小时。最后将粉末与甲基硅油按颗粒/硅油体积比为40％配制即得到电流变液。电流变液的切应力与电场强度、电流密度与电场强度、切应力与切变速率、切应力与温度的关系曲线如附图所示。
实施例五：
首先将1.0g的tween80分散于40ml环己烷中，在搅拌下滴加4ml二次去离子水，室温下继续搅拌数十分钟得到白色乳液；将7.5ml钛酸正丁酯分散于40ml环己烷中，并在高速搅拌下将其缓慢滴加到上述所得乳液中，充分搅拌让钛酸正丁酯水解完全，静止后，在80℃蒸馏除去有机溶剂，得到疏松的粉末材料，粉末在100～120℃下用烘箱干燥处理2小时。最后将粉末与甲基硅油按颗粒/硅油体积比为40％配制即得到电流变液。
附图说明
图1、电流变液的切应力与电场强度(直流)的关系曲线，25C，切变速率为1.441S(实曲线从上至下分别含表面活性剂量为1.0克，2.0克，0.5克，0克；虚线为未经高温煅烧处理的不含表面活性剂的TiO2)
图2、电流变液的电流密度与电场强度(直流)的关系曲线，25C，切变速率为1.441S，(实线从上至下分别含表面活性剂量为0克，0.5克，1.0克，2.0克；虚线为未经高温煅烧处理的不含表面活性剂的TiO2)
图3、电流变液(表面活性剂含量为1.0克)的切应力与切变速率的关系曲线，25C(从下至上所加电场强度分别为0kV/mm，1.0kV/mm，2.0kV/mm，3.0kV/mm)
图4、电流变液的切应力与温度的关系曲线，(直流2.0kV/mm，切变速率为1.441S)(实线从上至下分别含表面活性剂量为1.0克，0.5克，2.0克，0克；虚线为未经高温煅烧处理的不含表面活性剂的TiO2)
图5、电流变液的电流密度与温度的关系曲线，(直流2.0kV/mm)(实线从上至下分别含表面活性剂量为0.5克，1.0克，2.0克；虚线为未经高温煅烧处理的不含表面活性剂的TiO2)
图6、电流变液的沉降性分析(实曲线从上至下分别代表分别含表面活性剂量为1.0克，0.0克；虚线为未经高温煅烧处理的不含表面活性剂的TiO2))
Claims (4)
1、一种包覆有非离子表面活性剂的二氧化钛电流变液材料，其特征在于该材料的分散相为包覆有非离子表面活性剂的二氧化钛电介质颗粒，连续相基液为甲基硅油；制备该电流变液分散相材料的基本方法是将钛酸正丁酯在分散有表面活性剂的乳液中进行水解反应生成二氧化钛，同时原位实现非离子表面活性剂对二氧化钛颗粒的包覆。
2、如权利要求1所述一种包覆有非离子表面活性剂的二氧化钛电流变液材料，其特征在于分散相颗粒中的二氧化钛作为电介质材料，其表面包覆有非离子表面活性剂。
3、如权利要求1所述一种包覆有非离子表面活性剂的二氧化钛电流变液材料，其特征在于分散相颗粒上包覆的非离子表面活性剂是Span80、Span60、Tween80，且与二氧化钛的质量比为0.25～1.70。
4、如权利要求1所述一种包覆非离子表面活性剂的二氧化钛电流变液材料，其特征在于分散相颗粒的制备方法是选用钛酸正丁酯做主反应物，环己烷作有机溶剂，非离子表面活性剂为是Span80、Span60、Tween80；将一定量的表面活性剂分散于环己烷中，在搅拌下滴加一定量的二次去离子水，室温下继续搅拌数十分钟得到白色乳液；将钛酸正丁酯分散于环己烷中，并在高速搅拌下将其缓慢滴加到上述所得乳液中，充分搅拌让钛酸正丁酯水解完全，静止后得到白色沉淀；将所得白色沉淀在80℃下进行蒸馏以除去有机溶剂，并得到疏松的粉末材料，再将其在100℃～120℃下用烘箱烘干，并与甲基硅油按一定的颗粒/硅油体积比配制即得到电流变液。
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