CN110760102A - 剪切增稠液/细菌纤维素-二氧化硅复合材料及其制备方法 - Google Patents

剪切增稠液/细菌纤维素-二氧化硅复合材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110760102A
CN110760102A CN201810844055.9A CN201810844055A CN110760102A CN 110760102 A CN110760102 A CN 110760102A CN 201810844055 A CN201810844055 A CN 201810844055A CN 110760102 A CN110760102 A CN 110760102A
Authority
CN
China
Prior art keywords
shear thickening
silicon dioxide
composite material
bacterial cellulose
preparation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
CN201810844055.9A
Other languages
English (en)
Inventor
杨加志
李雪菲
李锦坤
李文静
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Tech University
Original Assignee
Nanjing Tech University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Tech University filed Critical Nanjing Tech University
Priority to CN201810844055.9A priority Critical patent/CN110760102A/zh
Publication of CN110760102A publication Critical patent/CN110760102A/zh
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/34—Silicon-containing compounds
    • C08K3/36—Silica
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/04—Oxygen-containing compounds
    • C08K5/06—Ethers; Acetals; Ketals; Ortho-esters
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/011—Nanostructured additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/014—Additives containing two or more different additives of the same subgroup in C08K

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Lubricants (AREA)
  • Cosmetics (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

本发明公开了一种剪切增稠液/细菌纤维素‑二氧化硅复合材料及其制备方法。所述方法先采用溶剂浸渍法制得BC‑SiO2复合材料，再采用机械搅拌法制得以纳米级二氧化硅颗粒为分散介质，聚乙二醇为分散剂的剪切增稠液，最后采用机械搅拌与超声混合的方法制得剪切增稠液/细菌纤维素‑二氧化硅复合材料。本发明利用絮状纤维素上的二氧化硅颗粒与剪切增稠液中的纳米级二氧化硅颗粒具有协同作用，增强了剪切增稠液的剪切增稠性，其流变性能较原来的剪切增稠液显著提高，制得的复合材料能够更好地应用于柔性防护材料。

Description

剪切增稠液/细菌纤维素-二氧化硅复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种剪切增稠液/细菌纤维素-二氧化硅(STF/BC-SiO2)复合材料及其制备方法，属于柔性防护材料的制备领域。
背景技术
传统的作战防护材料质量重、体积大、不灵活，极大地限制了作战士兵的灵活性，并且该类防护材料往往只能覆盖如胸腹等人体的重要部位，对关节等人体的灵活部位难以保护。因此，需要寻找到柔性防护材料来改善防护材料的灵活性与柔韧性。
剪切增稠现象，即流体的粘度随着剪切速率或剪切应力的增加而增加，具有剪切增稠性能的流体称为剪切增稠液(Shear Thickening Fluids：STF)。STF由分散相粒子和分散介质组成。其中分散相粒子可以是天然存在的矿物质，也可以是化学合成的聚合物，如二氧化硅和其它氧化物、碳酸钙、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等。粒子包括球体、椭圆体、圆盘状和粘土颗粒，它们可通过电荷作用、布朗运动、吸收表面活性剂、接枝聚合物形成聚合电解质等，稳定分散在溶液中，其分散包括单分散、双分散或多分散。分散介质可以是水、盐溶液(氯化钠溶液或缓冲液等)、有机物(乙烯基乙醇、聚乙二醇或乙醇)、矿物油等，也可以是加有表面活性剂和低聚物的几种互溶溶剂的复配体。
用于个体防护的STF溶剂需要具有无毒，稳定不易变质，适应温度范围宽，粘度不能太大，有一定的悬浮能力等性能。目前常用的分散相是二氧化硅，分散剂是聚乙二醇。但由于当二氧化硅的浓度较大时，固相含量较高，二氧化硅颗粒较多，之间剩余的自由流动的分散介质较少，流动性较差，导致粘度较大，机械搅拌时阻力较大，不易形成均匀分散的剪切增稠液。
发明内容
本发明的目的是提供一种剪切增稠液/细菌纤维素-二氧化硅复合材料及其制备方法。所述的复合材料利用絮状的细菌纤维素高纯度、高结晶度、高比表面积、尺寸可控和可降解等特点，与二氧化硅复合得到具有高负载率的BC-SiO2复合材料，再通过絮状纤维素上的二氧化硅颗粒与剪切增稠液中的纳米级二氧化硅颗粒的协同作用，增强剪切增稠液的剪切增稠性。
实现本发明目的的技术解决方案为：
剪切增稠液/细菌纤维素-二氧化硅复合材料的制备方法，先采用溶剂浸渍法制得BC-SiO2复合材料，再采用机械搅拌法制得以纳米级二氧化硅颗粒为分散介质，聚乙二醇200为分散剂的剪切增稠液，最后采用机械搅拌与超声混合的方法制得剪切增稠液/细菌纤维素-二氧化硅复合材料，具体包括以下步骤：
步骤1，在正硅酸乙酯溶液中加入乙酸，混合搅拌得到水硅烷溶液，将絮状BC浸泡在水硅烷溶液中，得到SiO2的质量分数为70％～80％的BC-SiO2复合材料；
步骤2，在聚乙二醇200(PEG200)中加入纳米SiO2颗粒，搅拌至混合均匀，超声分散，除去气泡，得到以纳米级二氧化硅颗粒为分散介质，聚乙二醇200为分散剂的、二氧化硅的质量分数为20％～28％的剪切增稠液；
步骤3，将BC-SiO2复合材料加入到剪切增稠液中，超声分散均匀，得到剪切增稠液/细菌纤维素-二氧化硅复合材料。
优选地，步骤1中，所述的搅拌时间为1～2h，正硅酸乙酯的质量占其与水总质量的25％～30％，BC的浸泡时间为48～72h。
优选地，步骤1中，所述的细菌纤维素与正硅酸乙酯的质量比为1:17。
优选地，步骤1中，所述的正硅酸乙酯与乙酸的摩尔比为10:1，乙酸的浓度为0.1～0.3mol/L。
优选地，步骤3中，超声分散时间为20～30min。
与现有技术相比，本发明的优点是：
本发明采用来源广泛，价廉易得的细菌纤维素，絮状纤维素上的二氧化硅颗粒与剪切增稠液中的纳米级二氧化硅颗粒具有协同作用，增强了剪切增稠液的剪切增稠性，其流变性能较原来的剪切增稠液显著提高，能够更好地应用于柔性防护材料。
附图说明
图1为细菌纤维素负载二氧化硅的SEM图。
图2为对比例1，实施例1和3的剪切增稠液的粘度-剪切速率变化曲线图。
图3为实施例2，对比例2的剪切增稠液的粘度-剪切速率变化曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1
第一步：34gTEOS与100g水混合，并加入33ml乙酸(0.1mol/L)混合搅拌1h，TEOS在水中的浓度为25％。再将絮状BC浸泡在溶液中48h，即得到BC-SiO2复合材料。
第二步：搅拌下，在144g的聚乙二醇200中逐步加入纳米二氧化硅颗粒56g(即二氧化硅的质量分数为28％)，继续搅拌5min，再超声分散60min。将配制好的剪切增稠液(STF)置于真空干燥箱中，在0.1Mpa下除气泡，得到较为稳定的剪切增稠液。
第三步：在超声的作用下，将絮状的BC-SiO2复合材料在剪切增稠液中机械搅拌30min，得到剪切增稠液/细菌纤维素-二氧化硅(STF/BC-SiO2)复合材料。
本实施例得到的细菌纤维素-二氧化硅(BC-SiO2)复合材料中二氧化硅的负载量为70％，剪切增稠液中二氧化硅的质量分数为28％，所得剪切增稠液/细菌纤维素-二氧化硅(STF/BC-SiO2)复合材料的流变性能最好。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，唯一不同的是步骤2中聚乙二醇200的质量为160g，二氧化硅的质量为40g，即二氧化硅的质量分数为20％。
实施例2得到的剪切增稠液/细菌纤维素-二氧化硅(STF/BC-SiO2)复合材料中，细菌纤维素-二氧化硅(BC-SiO2)复合材料中二氧化硅的负载量为70％，剪切增稠液中二氧化硅的质量分数为20％，所得剪切增稠液/细菌纤维素-二氧化硅(STF/BC-SiO2)复合材料的流变性能略低于实施例1中所得的剪切增稠液的流变性能。
实施例3
本实施例与实施例1基本相同，唯一不同的是步骤1中正硅酸乙酯的质量浓度为30％，即细菌纤维素-二氧化硅(BC-SiO2)复合材料中二氧化硅的负载量为80％。
实施例3得到的剪切增稠液/细菌纤维素-二氧化硅(STF/BC-SiO2)复合材料中，细菌纤维素-二氧化硅(BC-SiO2)复合材料中二氧化硅的负载量为80％，剪切增稠液中二氧化硅的质量分数为28％。所得剪切增稠液/细菌纤维素-二氧化硅(STF/BC-SiO2)复合材料的流变性能低于实施例1中所得的剪切增稠液的流变性能。
对比例1
本对比例与实施例1基本相同，唯一不同的是步骤1中正硅酸乙酯在水中的质量浓度为20％。
对比例得到的剪切增稠液/细菌纤维素-二氧化硅(STF/BC-SiO2)复合材料中，细菌纤维素-二氧化硅(BC-SiO2)复合材料中二氧化硅的负载量为60％，剪切增稠液中二氧化硅的质量分数为28％。所得剪切增稠液/细菌纤维素-二氧化硅(STF/BC-SiO2)复合材料的流变性能明显低于实施例1和实施例3的剪切增稠液/细菌纤维素复合材料。
对比例2
本对比例与实施例1基本相同，唯一不同的是步骤2中聚乙二醇200的质量为170g，二氧化硅的质量为30g，即二氧化硅的质量分数为15％。
对比例得到的切增稠液/细菌纤维素-二氧化硅(STF/BC-SiO2)复合材料中，细菌纤维素-二氧化硅(BC-SiO2)复合材料中二氧化硅的负载量为70％，剪切增稠液中二氧化硅的质量分数为15％。所得剪切增稠液/细菌纤维素-二氧化硅(STF/BC-SiO2)复合材料的流变性能明显低于实施例1和实施例2中的剪切增稠液/细菌纤维素复合材料。
对比例3
本对比例与实施例1基本相同，唯一不同的是步骤2中聚乙二醇200的质量为140g，二氧化硅的质量为60g，即二氧化硅的质量分数为30％。但此时由于二氧化硅的浓度较大，固相含量较高，二氧化硅颗粒较多，之间剩余的自由流动的分散介质较少，流动性较差，导致粘度较大，机械搅拌时阻力大，不能形成均匀分散的剪切增稠液。因此，无法得到剪切增稠液/细菌纤维素-二氧化硅(STF/BC-SiO2)复合材料。
图1为细菌纤维素负载二氧化硅的SEM图。图2为对比例1，实施例1和实施例3的剪切增稠液的粘度-剪切速率变化曲线图。从图上可以看出当单纯剪切增稠液中二氧化硅的质量分数为28％时，随着正硅酸乙酯在水中的质量分数的增加，增大了细菌纤维素/二氧化硅(BC/SiO2)复合材料中二氧化硅的负载量，当负载量为70％时，剪切增稠液/细菌纤维素复合材料的流变性能最好。
图3为实施例2，对比例2的剪切增稠液的粘度-剪切速率变化曲线图。从图上可以看出当正硅酸乙酯在水中的质量分数为25％，即二氧化硅负载量为70％时，剪切增稠液中二氧化硅的质量分数越大，流变性能越好，可以采用适当增加二氧化硅的质量分数来改善所得剪切增稠液/细菌纤维素复合材料的流变性能。

Claims (6)

1.剪切增稠液/细菌纤维素-二氧化硅复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1，在正硅酸乙酯溶液中加入乙酸，混合搅拌得到水硅烷溶液，将絮状BC浸泡在水硅烷溶液中，得到SiO2的质量分数为70％～80％的BC-SiO2复合材料；
步骤2，在聚乙二醇200中加入纳米SiO2颗粒，搅拌至混合均匀，超声分散，除去气泡，得到以纳米级二氧化硅颗粒为分散介质，聚乙二醇200为分散剂的、二氧化硅的质量分数为20％～28％的剪切增稠液；
步骤3，将BC-SiO2复合材料加入到剪切增稠液中，超声分散均匀，得到剪切增稠液/细菌纤维素-二氧化硅复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述的搅拌时间为1～2h，正硅酸乙酯的质量占其与水总质量的25％～30％，细菌纤维素的浸泡时间为48～72h。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述的细菌纤维素与正硅酸乙酯的质量比为1:17。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述的正硅酸乙酯与乙酸的摩尔比为10:1，乙酸的浓度为0.1～0.3mol/L。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3中，超声分散时间为20～30min。
6.根据权利要求1～5任一所述的制备方法制得的剪切增稠液/细菌纤维素-二氧化硅复合材料。
CN201810844055.9A 2018-07-27 2018-07-27 剪切增稠液/细菌纤维素-二氧化硅复合材料及其制备方法 Withdrawn CN110760102A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810844055.9A CN110760102A (zh) 2018-07-27 2018-07-27 剪切增稠液/细菌纤维素-二氧化硅复合材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810844055.9A CN110760102A (zh) 2018-07-27 2018-07-27 剪切增稠液/细菌纤维素-二氧化硅复合材料及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110760102A true CN110760102A (zh) 2020-02-07

Family

ID=69327284

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810844055.9A Withdrawn CN110760102A (zh) 2018-07-27 2018-07-27 剪切增稠液/细菌纤维素-二氧化硅复合材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110760102A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111925772A (zh) * 2020-07-31 2020-11-13 航天特种材料及工艺技术研究所 一种二氧化硅组合材料、用途及其制备方法
CN113026364A (zh) * 2021-03-17 2021-06-25 上海交通大学 改性纳米二氧化硅剪切增稠防护液及其制备方法和应用
CN113072810A (zh) * 2021-03-30 2021-07-06 江南大学 一种交联淀粉增强复合剪切增稠弹性体
CN115657234A (zh) * 2022-10-26 2023-01-31 长飞光纤光缆股份有限公司 一种防啮咬光缆及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1800248A (zh) * 2005-01-07 2006-07-12 青岛大学 再生纤维素/纳米SiO2阻燃复合材料的制备方法
CN103808210A (zh) * 2012-11-15 2014-05-21 南京理工大学 一种低成本高强度柔性防护材料及其制备方法
WO2014088145A1 (ko) * 2012-12-06 2014-06-12 한국생산기술연구원 전단농화유체 및 이를 포함하는 방탄재
CN104047162A (zh) * 2014-06-26 2014-09-17 浙江理工大学 一种新型剪切增稠流体的制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1800248A (zh) * 2005-01-07 2006-07-12 青岛大学 再生纤维素/纳米SiO2阻燃复合材料的制备方法
CN103808210A (zh) * 2012-11-15 2014-05-21 南京理工大学 一种低成本高强度柔性防护材料及其制备方法
WO2014088145A1 (ko) * 2012-12-06 2014-06-12 한국생산기술연구원 전단농화유체 및 이를 포함하는 방탄재
CN104047162A (zh) * 2014-06-26 2014-09-17 浙江理工大学 一种新型剪切增稠流体的制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ARANYA GHOSH等: "Influence of cellulose nanoflbers on the rheological behavior of silica-based shear-thickening fluid", 《CELLULOSE》 *
EHTESHAMUL ISLAM等: "Effect of cellulose beads on shear-thickening behavior in concentrated polymer dispersions", 《COLLOID AND POLYMER SCIENCE》 *
李锦坤: "细菌纤维素基柔性防护材料的制备与性能研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111925772A (zh) * 2020-07-31 2020-11-13 航天特种材料及工艺技术研究所 一种二氧化硅组合材料、用途及其制备方法
CN113026364A (zh) * 2021-03-17 2021-06-25 上海交通大学 改性纳米二氧化硅剪切增稠防护液及其制备方法和应用
CN113026364B (zh) * 2021-03-17 2022-03-11 上海交通大学 改性纳米二氧化硅剪切增稠防护液及其制备方法和应用
CN113072810A (zh) * 2021-03-30 2021-07-06 江南大学 一种交联淀粉增强复合剪切增稠弹性体
CN113072810B (zh) * 2021-03-30 2022-01-11 江南大学 一种交联淀粉增强复合剪切增稠弹性体
CN115657234A (zh) * 2022-10-26 2023-01-31 长飞光纤光缆股份有限公司 一种防啮咬光缆及其制备方法
CN115657234B (zh) * 2022-10-26 2023-12-15 长飞光纤光缆股份有限公司 一种防啮咬光缆及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110760102A (zh) 剪切增稠液/细菌纤维素-二氧化硅复合材料及其制备方法
US10017679B1 (en) Plugging agent for improving formation bearing capacity and preparation method thereof
US8911638B2 (en) Silicon dioxide dispersion comprising polyol
KR101797957B1 (ko) 전단농화유체 캡슐 및 이를 이용한 고분자 복합체
US20080023201A1 (en) Concentrated Suspension of Particulate Additives for Fracturing and Other Fluids
WO2016099841A1 (en) Nanocellulose materials for oilfield applications
CN103788410B (zh) 一种稀土化合物/钛酸酯偶联剂改性超细碳酸钙填料
CN104364343A (zh) 用于水力压裂的自-悬浮支撑剂
CN104530294A (zh) 一种高强度二氧化硅和粘土双重纳米复合水凝胶及其制备方法
CN102076808A (zh) 包含压裂用油和其它流体的浓缩颗粒添加剂悬浮液
JP2013545828A (ja) 疎水性プロッパント及びその調製方法
KR101600538B1 (ko) 탄소나노입자를 함유하는 전단농화유체 및 이를 포함하는 충격흡수소재
KR20130101902A (ko) 에어로겔을 포함하는 복합 조성물 및 이의 제조방법
CN103772745A (zh) 一种海藻酸钠/十八醇表面改性碳酸钙粉体
MX2011005685A (es) Remocion de cristalinidad en materiales basados en goma guar y metodos relacionados con hidratacion y aplicaciones subterraneas.
CN104045854B (zh) 一种纳米Sb2O3-SiO2复合气凝胶无机阻燃剂及制备方法
CN104999072A (zh) 一种可再分散的银纳米线混合物及其制备方法
CN103772744B (zh) 一种pvc用聚丙烯酸钠/三乙醇胺改性碳酸钙填料
CN106519687A (zh) 一种低密度含石墨烯聚硫醚密封剂及其制备和使用方法
CN103772746B (zh) 一种硅烷偶联剂/羟基硬脂酸表面改性碳酸钙填料
CN1260769A (zh) 变高岭土水悬浮液及生产胶结组合物的方法
KR20190080536A (ko) 침상형 금속-실리카 에어로겔 복합입자의 제조방법 및 이에 의해 제조된 침상형 금속-실리카 에어로겔 복합입자
CN105368326B (zh) 一种防火胶及其制备方法
CN116410617A (zh) 一种表面改性玻璃微珠复合填料及其制备方法与应用
CN102816458A (zh) 纳米二氧化硅分散体及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20200207

WW01 Invention patent application withdrawn after publication