CN1205320C - 含有丙三醇/阳离子表面活性剂的氧化钛电流变液 - Google Patents
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Abstract
一种含有丙三醇和阳离子表面活性剂的氧化钛电流变液，该材料的分散相是含有丙三醇和阳离子表面活性剂的氧化钛电介质颗粒，连续相为甲基硅油。其中高沸点的丙三醇被选作极性液体，同时十六烷基三甲基溴化铵用来丰富颗粒的电荷载流子数目，该电流变液不仅具有强的电流变效应，同时还具有良好的温度稳定性。图5含有丙三醇/阳离子表面活性剂的氧化钛电流变液的剪切应力与切变速率的关系(温度为20℃)。
Description
技术领域 本发明涉及一种电流变液材料及其制备技术，特别涉及一种含有丙三醇/阳离子表面活性剂的氧化钛电流变液材料及其制备方法。
背景技术 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，如氧化钛作分散相电流变液曾被广泛研究，其特点是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，且有时可能还会造成电流变效应不稳定等问题。水通常是最有效的添加剂，但它的最大缺点是沸点低，从而引起电流变液的温度稳定性变差。
技术方案 本发明依据水对电流变效应的物理机制，选用高沸点的丙三醇作为极性液体，同时选用十六烷基三甲基溴化铵来丰富颗粒的电荷载流子数目，从而提供一种含有丙三醇和十六烷基三甲基溴化铵的氧化钛电流变液材料，该材料的分散相是含有丙三醇和十六烷基三甲基溴化铵的氧化钛电介质颗粒，连续相为甲基硅油；其特征在于分散相颗粒中的氧化钛作为电介质材料，在其交联网络中含有丙三醇极性液体，且与氧化钛的质量比为1∶100-15∶100，十六烷基三甲基溴化铵与氧化钛的质量比为0.5∶100；优选的制备过程包括首先将所需量的十六烷基三甲基溴化铵溶于丙三醇中，接着在搅拌条件下将其滴加到钛酸正丁酯与乙醇的混合溶液中，并进一步充分搅拌获得淡黄色透明溶液，该溶液在室温下静置5小时后获得透明的氧化钛凝胶；将该凝胶在80℃下干燥8小时即得到最终样品；该样品在120℃进一步干燥1小时后与甲基硅油按所需的颗粒/硅油质量比配制成电流变液。
附图说明：
图1含有丙三醇/阳离子表面活性剂的氧化钛电流变液的剪切应力与电场强度的关系。(温度为20℃)
图2含有丙三醇/阳离子表面活性剂的氧化钛电流变液的电流密度与电场强度的关系。(温度为20℃)
图3含有丙三醇/阳离子表面活性剂的氧化钛电流变液的剪切应力与温度的关系。(切变速率为1.605s-1)
图4含有丙三醇/阳离子表面活性剂的氧化钛电流变液的电流密度与温度的关系。
图5含有丙三醇/阳离子表面活性剂的氧化钛电流变液的剪切应力与切变速率的关系。(温度为20℃)
图6含有丙三醇/阳离子表面活性剂的氧化钛电流变液的剪切应力与切变速率的关系。(温度为20℃)
具体实施方式：
用化学纯以上等级原料：钛酸正丁酯作主反应物，乙醇作有机溶剂，丙三醇选作极性液体，阳离子表面活性剂选为十六烷基三甲基溴化铵。首先将一定量的十六烷基三甲基溴化铵溶于丙三醇中，接着再搅拌条件下将其滴加到钛酸正丁酯与乙醇的混合溶液中，并进一步充分搅拌获得淡黄色透明溶液，该溶液在室温下静置5小时后获得透明的氧化钛凝胶；将该凝胶在80℃下干燥8小时即得到最终样品；该样品在120℃进一步干燥1小时后与甲基硅油按一定的颗粒/硅油质量比配制成电流变液。
本发明只通过添加少量极性液体和阳离子表面活性剂即得到了具有高力学性能的氧化钛电流变液，且可通过极性液体的添加量控制氧化钛电流变液的力学性能和温度效应，制备工艺简便，反应可在低温下得到实现。
实施例一：
首先将0.05克的十六烷基三甲基溴化铵溶于0.5克丙三醇中，接着在搅拌条件下将其滴加到43.6克钛酸正丁酯与40毫升的乙醇的混合溶液中，并进一步充分搅拌获得淡黄色透明溶液，该溶液在室温下静置了5小时后获得透明的氧化钛凝胶；将该凝胶在80℃下干燥8小时即得到最终样品；该样品在120℃进一步干燥1小时后与甲基硅油按颗粒/硅油质量比20％配制成电流变液。电流变液的切应力与电场强度、电流密度与电场强度关系曲线如附图1、2所示。
实施例二
首先将0.05克的十六烷基三甲基溴化铵溶于0.8克丙三醇中，接着再搅拌条件下将其滴加到43.6克钛酸正丁酯与40毫升的乙醇的混合溶液中，并进一步充分搅拌获得淡黄色透明溶液，该溶液在室温下静置了5小时后获得透明的氧化钛凝胶；将该凝胶在80℃下干燥8小时即得到最终样品；该样品在120℃进一步干燥1小时后与甲基硅油按颗粒/硅油质量比20％配制成电流变液。电流变液的剪切应力、电流密度与电场强度关系曲线如附图1、2所示，切应力与切变速率的关系曲线如附图所示。剪切应力、电流密度与温度关系曲线如附图3、4所示。
实施例三：
首先将0.05克的十六烷基三甲基溴化铵溶于1.05克丙三醇中，接着再搅拌条件下将其滴加到43.6克钛酸正丁酯与40毫升的乙醇的混合溶液中，并进一步充分搅拌获得淡黄色透明溶液，该溶液在室温下静置了5小时后获得透明的氧化钛凝胶；将该凝胶在80℃下干燥8小时即得到最终样品；该样品在120℃进一步干燥1小时后与甲基硅油按颗粒/硅油质量比20％配制成电流变液。电流变液的切应力、电流密度与电场强度关系曲线如附图1、2所示，剪切应力、电流密度与温度关系曲线如附图3、4所示。
实施例四：
首先将0.05克的十六烷基三甲基溴化铵溶于0.35克丙三醇中，接着再搅拌条件下将其滴加到43.6克钛酸正丁酯与40毫升的乙醇的混合溶液中，并进一步充分搅拌获得淡黄色透明溶液，该溶液在室温下静置了5小时后获得透明的氧化钛凝胶；将该凝胶在80℃下干燥8小时即得到最终样品；该样品在120℃进一步干燥1小时后与甲基硅油按颗粒/硅油质量比20％配制成电流变液。电流变液的剪切应力、电流密度与温度的关系曲线如附图3、4所示。
实施例五：
由实施例二制得的样品经120℃进一步干燥1小时后与甲基硅油按颗粒/硅油质量比23％配制成电流变液。电流变液的剪切应力与切变速率的关系曲线如附图5、6所示。
实施例六：
由实施例二制得的样品经120℃进一步干燥1小时后与甲基硅油按颗粒/硅油质量比37％配制成电流变液。电流变液的剪切应力与切变速率的关系曲线如附图5、6所示。
Claims (2)
1、一种含有丙三醇和十六烷基三甲基溴化铵的氧化钛电流变液材料，该材料的分散相是含有丙三醇和十六烷基三甲基溴化铵的氧化钛电介质颗粒，连续相为甲基硅油；其特征在于分散相颗粒中的氧化钛作为电介质材料，在其交联网络中含有丙三醇极性液体，且与氧化钛的质量比为1∶100-15∶100，十六烷基三甲基溴化铵与氧化钛的质量比为0.5∶100。
2、如权利要求1所述含有丙三醇和十六烷基三甲基溴化铵的氧化钛电流变液材料的制备方法，其特征是制备过程如下：
首先将所需量的十六烷基三甲基溴化铵溶于丙三醇中，接着在搅拌条件下将其滴加到钛酸正丁酯与乙醇的混合溶液中，并进一步充分搅拌获得淡黄色透明溶液，该溶液在室温下静置5小时后获得透明的氧化钛凝胶；将该凝胶在80℃下干燥8小时即得到最终样品；该样品在120℃进一步干燥1小时后与甲基硅油按所需的颗粒/硅油质量比配制成电流变液。
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