CN111663336B - 一种兼具固体和液体性质的剪切增稠材料及其制备方法的应用 - Google Patents

一种兼具固体和液体性质的剪切增稠材料及其制备方法的应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种兼具固体和液体性质的剪切增稠材料及其制备方法和应用，属于功能材料技术领域。本发明所提供的剪切增稠材料包括剪切增稠液基体和凝胶因子，所述剪切增稠液基体包括聚乙二醇和二氧化硅纳米粒子。本发明通过在传统的剪切增稠材料中加入凝胶因子，使所得剪切增稠材料在静态时呈现出固体状态，相对于传统的液态剪切增稠液，吸湿性明显下降，从而提高了剪切增稠液的稳定性和耐剪切性；当受到较小的剪切应力时，呈现为液态，因此防护材料穿着过程中具有较高的舒适性，而当受到较大的剪切应力时，剪切增稠材料会表现出优异的剪切增稠现象，起到防护作用。本发明所得剪切增稠材料相比于传统的剪切增稠液表现出了更优异的剪切增稠性能。

Description

一种兼具固体和液体性质的剪切增稠材料及其制备方法的 应用
技术领域
本发明涉及功能材料技术领域，尤其涉及一种兼具固体和液体性质的剪切增稠材料及其制备方法和应用。
背景技术
剪切增稠液是一种典型的非牛顿流体，多由分散介质和粒径相对均一的微纳米颗粒组成。在较低的冲击能量密度下呈流动状态，并表现出一定的剪切变稀现象；当冲击能量密度超过某一临界值时，发生明显的剪切增稠现象，其剪切粘度呈指数上升，表现出固体材料坚硬的特性，达到能量耗散的目的。最初，这种单分散微纳米颗粒分散在极性溶剂中，所制备的悬浮液表现出剪切增稠的现象，从而造成传输管道的阻塞和仪器破坏等有害的效应，由于悬浮液具有上述剪切增稠的现象而受到关注。上世纪80年代末开始，研究者开始关注于如何利用这种现象并将其转害为利，例如利用这一特性研制的液体防护材料具有抗冲击、抗锐器穿刺、减震和阻尼等多种功能。如申请号201210459036.7的中国专利公开了一种应用分子胶体制备的剪切增稠液处理芳纶纤维织物，不仅可以改善穿着的柔软舒适性，而且可以大大降低冲击面上单位面积的压强，大大提高纤维防刺性能实现防护。
目前，用于防护材料的剪切增稠液多由聚乙二醇和纳米二氧化硅粒子复合组成，但是由于聚乙二醇吸湿性强，导致增稠液体系不稳定，不耐剪切。
发明内容
本发明的目的在于提供一种兼具固体和液体性质的剪切增稠材料及其制备方法和应用，本发明提供的剪切增稠材料具有优异的稳定性和耐剪切性。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种兼具固体和液体性质的剪切增稠材料，包括剪切增稠液基体和凝胶因子，所述剪切增稠液基体包括聚乙二醇和二氧化硅纳米粒子。
优选的，所述剪切增稠液基体中聚乙二醇的含量为35～85wt.％，所述凝胶因子的含量以占聚乙二醇的百分比计为0.125～5wt.％；所述聚乙二醇的分子量为200～600g/mol；所述二氧化硅纳米粒子的平均粒径为20～1000nm。
优选的，所述凝胶因子具有式Ⅰ所示的结构：
Figure BDA0002157236990000021
所述R为烷基、苯基或芳基衍生物。
优选的，所述聚乙二醇的分子量为400g/mol，所述二氧化硅纳米粒子的平均粒径为240nm，所述剪切增稠液基体中聚乙二醇的含量为50％，所述凝胶因子的含量以占聚乙二醇的百分比计为0.125～0.5wt.％。
优选的，所述聚乙二醇的分子量为550g/mol，所述二氧化硅纳米粒子的平均粒径为240nm，所述剪切增稠液基体中聚乙二醇的含量为35％，所述凝胶因子的含量以占聚乙二醇的百分比计为0.125～0.25wt.％。
优选的，所述聚乙二醇的分子量为200～550g/mol，所述二氧化硅纳米粒子的平均粒径为50～240nm，所述剪切增稠液基体中聚乙二醇的含量为55～60％，所述凝胶因子的含量以占聚乙二醇的百分比计为0.125～1wt.％。
优选的，所述聚乙二醇的分子量为400g/mol，所述二氧化硅纳米粒子的平均粒径为50nm，所述剪切增稠液基体中聚乙二醇的含量为70％，所述凝胶因子的含量以占聚乙二醇的百分比计为0.125～2wt.％。
优选的，所述聚乙二醇的分子量为200～400g/mol，所述二氧化硅纳米粒子的平均粒径为20～50nm，所述剪切增稠液基体中聚乙二醇的含量为75～80％，所述凝胶因子的含量以占聚乙二醇的百分比计为0.125～3wt.％。
本发明还提供了上述技术方案所述兼具固体和液体性质的剪切增稠材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将聚乙二醇和二氧化硅纳米粒子混合，得到剪切增稠液基体；
将凝胶因子与剪切增稠液基体在90～120℃混合，然后进行凝胶化反应，得到兼具固体和液体性质的剪切增稠材料。
本发明还提供了上述技术方案所述兼具固体和液体性质的剪切增稠材料或本发明还提供了上述技术方案所述制备方法得到的剪切增稠材料在制备软体防护材料中的用途。
本发明提供了一种兼具固体和液体性质的剪切增稠材料，包括剪切增稠液基体和凝胶因子，所述剪切增稠液基体包括聚乙二醇和二氧化硅纳米粒子。本发明通过在传统的剪切增稠材料中加入凝胶因子，使所得剪切增稠材料在静态时呈现出固体状态，相对于传统的液态剪切增稠液，吸湿性明显下降，从而提高了剪切增稠液的稳定性和耐剪切性；由于本发明所提供的剪切增稠材料在静态时为固体状态，当将其用于浸渍纤维织物制备防护材料时，可提高剪切增稠材料的担载量，且由于当受到较小的剪切应力时，呈现为液态，因此防护材料穿着过程中具有较高的舒适性，而当受到较大的剪切应力时，剪切增稠材料会表现出优异的剪切增稠现象，起到防护作用。实验结果表明，本发明所得剪切增稠材料相比于传统的剪切增稠液表现出了更优异的剪切增稠性能。
附图说明
图1为实施例1所得剪切增稠基体的稳态流变曲线图；
图2为实施例1所得兼具固体和液体性质的剪切增稠材料的稳态流变曲线图；
图3为实施例2所得兼具固体和液体性质的剪切增稠材料的稳态流变曲线图；
图4为实施例14、15和16所得兼具固体和液体性质的剪切增稠材料的稳态流变曲线；
图5为实施例17所得剪切增稠液基体吸湿前后的稳态流变曲线；
图6为实施例17所得兼具固体和液体性质的剪切增稠液吸湿前后的稳态流变曲线。
具体实施方式
本发明提供了一种兼具固体和液体性质的剪切增稠材料，包括剪切增稠液基体和凝胶因子，所述剪切增稠液基体包括聚乙二醇和二氧化硅纳米粒子。
本发明通过在传统的剪切增稠材料中加入凝胶因子，使所得剪切增稠材料在静态时呈现出固体状态，相对于传统的液态剪切增稠液，吸湿性明显下降，从而提高了剪切增稠液的稳定性和耐剪切性；由于本发明所提供的剪切增稠材料在静态时为固体状态，当将其用于浸渍纤维织物制备防护材料时，可提高剪切增稠材料的担载量，且由于当受到较小的剪切应力时，呈现为液态，因此防护材料穿着过程中具有较高的舒适性，而当受到较大的剪切应力时，剪切增稠材料会表现出优异的剪切增稠现象，起到防护作用。
在本发明中，所述剪切增稠液基体中聚乙二醇的含量优选为35～85wt.％，更优选为35～60wt.％；所述凝胶因子的含量以占聚乙二醇的百分比计优选为0.125～5wt.％，更优选为0.125～3wt.％，最优选为0.125～1wt.％；所述聚乙二醇的分子量优选为200-600g/mol，更优选为200～550g/mol，最优选为400～550g/mol；所述二氧化硅纳米粒子的平均粒径优选为20～1000nm，更优选为50～250nm。本发明对所述二氧化硅纳米粒子的来源没有特殊限定，可以为按照现有技术公开的方法制备，也可以采用市售产品。
在本发明中，所述凝胶因子优选具有式Ⅰ所示的结构：
Figure BDA0002157236990000041
所述R为烷基、苯基或芳基衍生物。
在本发明中，所述芳基衍生物优选为烷基苯、羟基苯、多羟基苯或胺基苯。
在本发明中，所述凝胶因子优选参照专申请号为201410656444.0公开的制备方法制备。
在本发明中，作为优选的兼具固体和液体性质的剪切增稠材料，所述聚乙二醇的分子量为400g/mol，所述二氧化硅纳米粒子的平均粒径为240nm，所述剪切增稠液基体中聚乙二醇的含量为50％，所述凝胶因子的含量以占聚乙二醇的百分比计为0.125～0.5wt.％；所述凝胶因子的含量以占聚乙二醇的百分比计优选为0.25～0.5wt.％。
在本发明中，作为优选的兼具固体和液体性质的剪切增稠材料，所述聚乙二醇的分子量为550g/mol，所述二氧化硅纳米粒子的平均粒径为240nm，所述剪切增稠液基体中聚乙二醇的含量为35％，所述凝胶因子的含量以占聚乙二醇的百分比计为0.125～0.25wt.％。
在本发明中，作为另一种优选的兼具固体和液体性质的剪切增稠材料，所述聚乙二醇的分子量为200～550g/mol，所述二氧化硅纳米粒子的平均粒径为50～240nm，所述剪切增稠液基体中聚乙二醇的含量为55～60％，所述凝胶因子的含量以占聚乙二醇的百分比计为0.125～1wt.％；作为另一种更优选的兼具固体和液体性质的剪切增稠材料，所述聚乙二醇的分子量为200g/mol，所述二氧化硅纳米粒子的平均粒径为240nm，所述剪切增稠液基体中聚乙二醇的含量为55％，所述凝胶因子的含量以占聚乙二醇的百分比计为0.125～1wt.％，更优选为0.25～1wt.％；作为另一种兼具固体和液体性质的剪切增稠材料，所述聚乙二醇的分子量为550g/mol，所述二氧化硅纳米粒子的平均粒径为50nm，所述剪切增稠液基体中聚乙二醇的含量为60％，所述凝胶因子的含量以占聚乙二醇的百分比计为0.125～1wt.％，更优选为0.25～1wt.％。
在本发明中，作为另一种优选的兼具固体和液体性质的剪切增稠材料，所述聚乙二醇的分子量为400g/mol，所述二氧化硅纳米粒子的平均粒径为50nm，所述剪切增稠液基体中聚乙二醇的含量为70％，所述凝胶因子的含量以占聚乙二醇的百分比计为0.125～2wt.％，更优选为0.5～2wt.％。
在本发明中，作为另一种优选的兼具固体和液体性质的剪切增稠材料，所述聚乙二醇的分子量为200～400g/mol，所述二氧化硅纳米粒子的平均粒径为20～50nm，所述剪切增稠液基体中聚乙二醇的含量为75～80％，所述凝胶因子的含量以占聚乙二醇的百分比计为0.125～3wt.％；作为一种更优选的兼具固体和液体性质的剪切增稠材料，所述聚乙二醇的分子量为200g/mol，所述二氧化硅纳米粒子的平均粒径为50nm，所述剪切增稠液基体中聚乙二醇的含量为80％，所述凝胶因子的含量以占聚乙二醇的百分比计为0.125～3wt.％，更优选为0.5～3wt.％；作为一种更优选的兼具固体和液体性质的剪切增稠材料，所述聚乙二醇的分子量为400g/mol，所述二氧化硅纳米粒子的平均粒径为20nm，所述剪切增稠液基体中聚乙二醇的含量为75％，所述凝胶因子的含量以占聚乙二醇的百分比计为0.125～1wt.％，所述凝胶因子的含量以占聚乙二醇的百分比计更优选为1wt.％。
本发明还提供了上述技术方案所述兼具固体和液体性质的剪切增稠材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将聚乙二醇和二氧化硅纳米粒子混合，得到剪切增稠液基体；
将凝胶因子与剪切增稠液基体在90～120℃混合，然后进行凝胶化反应，得到兼具固体和液体性质的剪切增稠材料。
本发明将聚乙二醇和二氧化硅纳米粒子混合，得到剪切增稠液基体。
在本发明中，所述聚乙二醇和二氧化硅纳米粒子混合优选为将二氧化硅纳米粒子加入至聚乙二醇中；所述二氧化硅纳米粒子的加入优选为缓慢分批加入。在本发明中所述缓慢分批加入可以制备得到更加均一的剪切增稠液基体。
在本发明中，所述聚乙二醇和二氧化硅纳米粒子混合的方式优选为超声辅助的机械搅拌。本发明对所述超声的频率、时间和搅拌的速率没有特殊限定，能够得到混合均匀的剪切增稠液基体即可。
将聚乙二醇和二氧化硅纳米粒子混合后，本发明优选将所得混合液进行真空脱气除水，得到剪切增稠液基体；所述真空脱气除水的温度优选为55～65℃，更优选为60℃；所述真空脱气除水的真空度优选为-0.8～-1Bar；所述真空脱气除水的时间优选为2～6h，更优选为3h。在本发明中，所述真空脱气除水的作用是保证剪切增稠液基体均一性，能够带来良好剪切增稠的效果。
得到剪切增稠液基体后，本发明将凝胶因子与剪切增稠液基体在90～120℃混合，然后进行凝胶化反应，得到兼具固体和液体性质的剪切增稠材料。在本发明中，凝胶因子可以通过氢键、范德华力、疏水-疏水相互作用、π-π堆积等非共价键的自组装形成具有三维网络结构的超分子，且具有很好的触变性能，能够在一定的剪切作用下迅速从凝胶态转变为溶胶态，在凝胶化反应过程中，凝胶因子形成具有三维网络结构的超分子，从而实现将剪切增稠液基体原位填充在凝胶因子形成的超分子的三维网络结构中。
在本发明中，所述凝胶因子与剪切增稠液基体混合在90～120℃进行，更优选为在100℃进行；本发明对所述混合的时间和方式没有特殊限定，能够得到均匀的体系即可，在本发明实施例中，优选采用在90～120℃静置加热的方式，使凝胶因子扩散均匀，所述静置的时间优选为10～60min。在上述温度范围内混合的原因是保证凝胶因子在剪切增稠液基体中充分溶解并扩散均匀。
在本发明中，所述凝胶化反应优选在室温进行；所述凝胶化反应具体为在静置条件下进行；所述凝胶化反应的温度优选为室温，更优选为15～35℃。本领域技术人员可根据凝胶化的程度确定凝胶化反应的时间，在本发明实施例中优选将反应体系静置至温度为室温后0.5h，完成凝胶化反应。
本发明还提供了上述技术方案所述兼具固体和液体性质的剪切增稠材料或上述技术方案所述制备方法得到的剪切增稠材料在制备软体防护材料中的用途。本发明对所述软体防护材料的具体制备方法没有特殊限定，采用常规的软体防护材料的制备方法即可。
下面结合实施例对本发明提供的一种兼具固体和液体性质的剪切增稠材料及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
凝胶因子的制备：
将十六醇、一水合对甲苯磺酸、丙氨酸按摩尔比1:1.2:1置于圆底烧瓶中，加入200mL甲苯溶剂，加热回流并进行分水处理10小时，然后减压蒸出溶剂，将油状残余物溶解至氯仿中，用碳酸钠调pH至中性，收集有机相用无水硫酸镁干燥过夜；分离有机相并再次蒸出溶剂，将残余物溶于加入了10mL浓盐酸的200mL丙酮中，冷冻得到白色氨基酸烷基纯酯盐酸盐；将获得的氨基酸烷基醇酯盐酸盐再次溶解至丙酮溶液中，冷冻至-10℃析出沉淀，然后将此沉淀溶于氯仿中，用碳酸钠溶液调pH为中性，收集有机相干燥过夜，减压蒸出溶剂获得纯的氨基酸烷基醇酯；
将等摩尔量的异氰酸正丁酯缓慢地滴加到溶有氨基酸烷基醇酯的无水乙腈溶液中，室温搅拌3小时，然后继续回流12小时之后蒸出有机溶剂获得固体产物，将固体产物首先用乙酸乙酯重结晶，然后再用体积比为1:8的乙腈和乙酸乙酯进行重结晶，得到丙氨酸十六醇酯异氰酸酯脲凝胶因子。结构如下式Ⅰ-1所示：
Figure BDA0002157236990000081
剪切增稠材料的制备：
在超声条件下，将100g平均粒径为240nm的二氧化硅纳米粒子缓慢分批加入至100gPEG400(即分子量为400g/mol的聚乙二醇)中，然后继续超声辅助机械搅拌4h，然后在60℃、真空度为-0.8Bar的真空条件脱气除水24h，得到剪切增稠液基体；
将10g上述剪切增稠液基体加入0.0125g凝胶因子，在100℃静置加热10min形成均匀的混合体系，然后于室温下静置发生凝胶化反应，至体系温度降至室温后，再静置0.5h，得到兼具固体和液体性质的剪切增稠材料。
测试本实施例所得剪切增稠液基体稳态流变曲线，结果如图1所示，测试本实施例所得兼具固体和液体性质的剪切增稠材料的稳态流变曲线，结果如图2所示。由图2可知，本实施例所得剪切增稠材料在较小的剪切应力下，可发生溶胶化转变，当用于制备防护材料时，可保证防护材料在穿着时舒适性更好，而随着剪切应力的增大，表现出剪切增稠现象，最大剪切粘度可达10Pa·s，而添加凝胶因子的剪切增稠液基体最大剪切粘度为20Pa·s，可见与未添加凝胶因子的剪切增稠液基体相比，添加凝胶因子后所得剪切增稠材料具有更明显的剪切增稠现象。
实施例2
按照实施例1的方法，将凝胶因子的加入量替换为0.025g，制备兼具固体和液体性质的剪切增稠材料。
测试本实施例所得兼具固体和液体性质的剪切增稠材料的稳态流变曲线，结果如图3所示。由图3可知，本实施例所得剪切增稠材料的流变性能与实施例1所得剪切增稠材料的流变性能相似，其最大剪切粘度可达25Pa·s，与未添加凝胶因子的剪切增稠液基体及实施例1所制备的凝胶化剪切增稠液相比，本实施例所得剪切增稠材料具有更明显的剪切增稠现象。
实施例3
凝胶因子的制备：
按照实施例1中凝胶因子的制备方法，将丙氨酸替换为苯丙氨酸，制备得到得到L-苯丙氨酸十六醇酯异氰酸酯脲凝胶因子，结构如下式Ⅰ-2所示：
Figure BDA0002157236990000091
剪切增稠材料的制备：
在超声条件下，将65g平均粒径为240nm的二氧化硅纳米粒子缓慢连续加入至35gPEG550(即分子量为550g/mol的聚乙二醇)中，然后继续超声4h，然后在60℃、真空度为-1bar的真空条件脱气除水24h，得到剪切增稠液基体；
将10g上述剪切增稠液基体加入0.0044g凝胶因子，在100℃静置加热20min形成均相体系，然后于室温下静置，发生凝胶化反应，至体系温度降至室温后，再静置0.5h，得到兼具固体和液体性质的剪切增稠材料。
测试本实施例所得兼具固体和液体性质的剪切增稠材料的稳态流变曲线，结果与实施例1相似，最大剪切粘度为34Pa·s。
实施例4
采用实施例3的方法，将凝胶因子的加入量替换为0.0088g，制备兼具固体和液体性质的剪切增稠材料。
测试本实施例所得兼具固体和液体性质的剪切增稠材料的稳态流变曲线，结果与实施例1相似，最大剪切粘度为42Pa·s。
实施例5
凝胶因子的制备：
按照实施例1中凝胶因子的制备方法，将丙氨酸替换为L-缬氨酸，制备得到L-缬氨酸十六醇酯异氰酸酯脲凝胶因子，分子结构如下式Ⅰ-3所示：
Figure BDA0002157236990000092
剪切增稠材料的制备：
在超声条件下，将45g平均粒径为240nm的二氧化硅纳米粒子缓慢连续加入至55gPEG200(即分子量为200g/mol的聚乙二醇)中，然后继续超声4h，然后在60℃、真空度为-0.8Bar的真空条件脱气除水24h，得到剪切增稠液基体；
将10g上述剪切增稠液基体加入0.0138g凝胶因子，在100℃静置加热30min形成均相体系，然后于室温下静置，发生凝胶化反应，至体系温度降至室温后，再静置0.5h，得到兼具固体和液体性质的剪切增稠材料。
测试本实施例所得兼具固体和液体性质的剪切增稠材料的稳态流变曲线，结果与实施例1相似，最大剪切粘度为18Pa·s。
实施例6
按照实施例5的方法，将凝胶因子的加入量替换为0.0275g，制备兼具固体和液体性质的剪切增稠材料。
测试本实施例所得兼具固体和液体性质的剪切增稠材料的稳态流变曲线，结果与实施例1相似，最大剪切粘度为30Pa·s。
实施例7
按照实施例5的方法，将凝胶因子的加入量替换为0.0550g，制备兼具固体和液体性质的剪切增稠材料。
测试本实施例所得兼具固体和液体性质的剪切增稠材料的稳态流变曲线，结果与实施例1相似，最大剪切粘度为45Pa·s。
实施例8
凝胶因子的制备：
按照实施例1中凝胶因子的制备方法，将丙氨酸替换为L-亮氨酸，制备得到L-亮氨酸十六醇酯异氰酸酯脲凝胶因子，分子结构如下式Ⅰ-4所示：
Figure BDA0002157236990000101
剪切增稠材料的制备：
在超声条件下，将40g平均粒径为50nm的二氧化硅纳米粒子缓慢连续加入至60gPEG550(即分子量为550g/mol的聚乙二醇)中，然后继续超声4h，然后在60℃、真空度为-1bar的真空条件脱气除水24h，得到剪切增稠液基体；
将10g上述剪切增稠液基体加入0.0150g凝胶因子，在100℃静置加热30min形成均相体系，然后于室温下静置，发生凝胶化反应，至体系温度降至室温后，再静置0.5h，得到兼具固体和液体性质的剪切增稠材料。
测试本实施例所得兼具固体和液体性质的剪切增稠材料的稳态流变曲线，结果与实施例1相似，最大剪切粘度为15Pa·s。
实施例9
按照实施例8的方法，将凝胶因子的加入量替换为0.0300g，制备兼具固体和液体性质的剪切增稠材料。
测试本实施例所得兼具固体和液体性质的剪切增稠材料的稳态流变曲线，结果与实施例1相似，最大剪切粘度为25Pa·s。
实施例10
按照实施例8的方法，将凝胶因子的加入量替换为0.0600g，制备兼具固体和液体性质的剪切增稠材料。
测试本实施例所得兼具固体和液体性质的剪切增稠材料的稳态流变曲线，结果与实施例1相似，最大剪切粘度为40Pa·s。
实施例11
凝胶因子的制备：
按照实施例1中凝胶因子的制备方法，将丙氨酸替换为L-苯丙氨酸衍生物，制备得到多巴胺类十六醇酯异氰酸酯脲凝胶因子，分子结构如下式Ⅰ-5所示：
Figure BDA0002157236990000111
剪切增稠材料的制备：
在超声条件下，将30g平均粒径为50nm的二氧化硅纳米粒子缓慢连续加入至70gPEG400(即分子量为400g/mol的聚乙二醇)中，然后继续超声4h，然后在60℃、真空度为-0.8Bar的真空条件脱气除水24h，得到剪切增稠液基体；
将10g上述剪切增稠液基体加入0.0350g凝胶因子，在100℃静置加热40min形成均相体系，然后于室温下静置，发生凝胶化反应，至体系温度降至室温后，再静置0.5h，得到兼具固体和液体性质的剪切增稠材料。
测试本实施例所得兼具固体和液体性质的剪切增稠材料的稳态流变曲线，结果与实施例1相似，最大剪切粘度为8Pa·s。
实施例12
按照实施例11的方法，将凝胶因子的加入量替换为0.0700g，制备兼具固体和液体性质的剪切增稠材料。
测试本实施例所得兼具固体和液体性质的剪切增稠材料的稳态流变曲线，结果与实施例1相似，最大剪切粘度为16Pa·s。
实施例13
按照实施例11的方法，将凝胶因子的加入量替换为0.1400g，制备兼具固体和液体性质的剪切增稠材料。
测试本实施例所得兼具固体和液体性质的剪切增稠材料的稳态流变曲线，结果与实施例1相似，最大剪切粘度为20Pa·s。
实施例14
凝胶因子的制备：
按照实施例1中凝胶因子的制备方法，将丙氨酸替换为色氨酸，制备得到色氨酸十六醇酯异氰酸酯脲凝胶因子，分子结构如下式Ⅰ-6所示：
Figure BDA0002157236990000121
剪切增稠材料的制备：
在超声条件下，将20g平均粒径为50nm的二氧化硅纳米粒子缓慢连续加入至80gPEG200(即分子量为200g/mol的聚乙二醇)中，然后继续超声4h，然后在60℃、真空度为-1Bar的真空条件脱气除水24h，得到剪切增稠液基体；
将10g上述剪切增稠液基体加入0.0400g凝胶因子，在100℃静置加热50min形成均相体系，然后于室温下静置，发生凝胶化反应，至体系温度降至室温后，再静置0.5h，得到兼具固体和液体性质的剪切增稠材料。
测试本实施例所得剪切增稠液基体和兼具固体和液体性质的剪切增稠材料的稳态流变曲线，如图4所示，结果与实施例1相似，与具有不明显剪切增稠效应的剪切增稠液基体相比，所得兼具固体和液体性质的剪切增稠材料具有更加明显的剪切增稠性能，最大剪切粘度为3.5Pa·s。
实施例15
按照实施例14的方法，将凝胶因子的加入量替换为0.0800g，制备兼具固体和液体性质的剪切增稠材料。
测试本实施例所得兼具固体和液体性质的剪切增稠材料的稳态流变曲线，如图4所示，结果与实施例1相似，最大剪切粘度为4.7Pa·s。
实施例16
按照实施例14的方法，将凝胶因子的加入量替换为0.2400g，制备兼具固体和液体性质的剪切增稠材料。
测试本实施例所得兼具固体和液体性质的剪切增稠材料的稳态流变曲线，如图4所示，结果与实施例1相似，最大剪切粘度为13Pa·s。
实施例17
按照实施例1中的凝胶因子的制备方法，制备凝胶因子；
在超声条件下，将20g平均粒径为20nm的二氧化硅纳米粒子缓慢连续加入至60gPEG400(即分子量为400g/mol的聚乙二醇)中，然后继续超声4h，然后在60℃、真空度为-1Bar的真空条件脱气除水24h，得到剪切增稠液基体；
将10g上述剪切增稠液基体加入0.075g凝胶因子，在100℃静置加热60min形成均相体系，然后于室温下静置，发生凝胶化反应，至体系温度降至室温后，再静置0.5h，得到兼具固体和液体性质的剪切增稠材料(记为凝胶化剪切增稠液)。
测试本实施例所得剪切增稠液基体和所得兼具固体和液体性质的剪切增稠材料吸湿前后的稳态流变学曲线，结果如图5和图6所示，其中吸湿的条件为：在40℃、相对湿度为70％的条件下，放置24h。图5为剪切增稠液基体吸湿前后的稳态流变学曲线，由图5可知吸湿后的剪切增稠液基体的最大剪切增稠粘度由47Pa·s下降至29Pa·s，发生了明显的下降；图6为兼具固体和液体性质的剪切增稠材料吸湿前后的稳态流变学曲线，吸湿前后的最大剪切增稠粘度分别为190Pa·s和185Pa·s，未发生明显变化。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种兼具固体和液体性质的剪切增稠材料，其特征在于，包括剪切增稠液基体和凝胶因子，所述剪切增稠液基体包括聚乙二醇和二氧化硅纳米粒子；
所述剪切增稠液基体中聚乙二醇的含量为35~85wt.％，所述凝胶因子的含量以占聚乙二醇的百分比计为0.125~5wt.％；所述聚乙二醇的分子量为200~600g/mol；所述二氧化硅纳米粒子的平均粒径为20~1000nm；
所述凝胶因子具有式Ⅰ所示的结构：
Figure 362560DEST_PATH_IMAGE002
式Ⅰ；
所述R为烷基、苯基或芳基衍生物。
2.根据权利要求1所述的剪切增稠材料，其特征在于，所述聚乙二醇的分子量为400g/mol，所述二氧化硅纳米粒子的平均粒径为240nm，所述剪切增稠液基体中聚乙二醇的含量为50％，所述凝胶因子的含量以占聚乙二醇的百分比计为0.125~0.5wt.％。
3.根据权利要求1所述的剪切增稠材料，其特征在于，所述聚乙二醇的分子量为550g/mol，所述二氧化硅纳米粒子的平均粒径为240nm，所述剪切增稠液基体中聚乙二醇的含量为35％，所述凝胶因子的含量以占聚乙二醇的百分比计为0.125~0.25wt.％。
4.根据权利要求1所述的剪切增稠材料，其特征在于，所述聚乙二醇的分子量为200~550g/mol，所述二氧化硅纳米粒子的平均粒径为50~240nm，所述剪切增稠液基体中聚乙二醇的含量为55~60％，所述凝胶因子的含量以占聚乙二醇的百分比计为0.125~1wt.％。
5.根据权利要求1所述的剪切增稠材料，其特征在于，所述聚乙二醇的分子量为400g/mol，所述二氧化硅纳米粒子的平均粒径为50nm，所述剪切增稠液基体中聚乙二醇的含量为70％，所述凝胶因子的含量以占聚乙二醇的百分比计为0.125~2wt.％。
6.根据权利要求1所述的剪切增稠材料，其特征在于，所述聚乙二醇的分子量为200~400g/mol，所述二氧化硅纳米粒子的平均粒径为20~50nm，所述剪切增稠液基体中聚乙二醇的含量为75~80％，所述凝胶因子的含量以占聚乙二醇的百分比计为0.125~3wt.％。
7.权利要求1~6任一项所述兼具固体和液体性质的剪切增稠材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将聚乙二醇和二氧化硅纳米粒子混合，得到剪切增稠液基体；
将凝胶因子与剪切增稠液基体在90~120℃混合，然后进行凝胶化反应，得到兼具固体和液体性质的剪切增稠材料。
8.权利要求1~6任一项所述兼具固体和液体性质的剪切增稠材料或权利要求7所述制备方法得到的剪切增稠材料在制备软体防护材料中的用途。
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