CN1285714C - 高岭土/二甲基亚砜/羧甲基淀粉三元体系纳米复合电流变液材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电流变液材料，特别涉及一种高岭土/二甲基亚砜/羧甲基淀粉三元体系纳米复合电流变液材料。与以往采用二元体系复合材料作为电流变液分散相相比，本发明所制得的分散相材料结构新颖，属于三元体系。它以高岭土/二甲基亚砜插层复合物为核，再包裹上羧甲基淀粉。这种三元体系的应用提高了材料的介电性能，充分发挥了纳米协同效应，从而使该电流变液具有较强的电流变效应，宽的工作温区、低廉的成本和好的抗沉降性。附图显示了高岭土/二甲基亚砜/羧甲基淀粉三元体系纳米复合颗粒电流变液的剪切应力与电场强度的关系。
Description
技术领域
本发明涉及一种电流变液材料，特别涉及一种高岭土/二甲基亚砜/羧甲基淀粉三元体系纳米复合电流变液材料。
背景技术
电流变液作为一种智能材料，引起人们广泛的关注，它是由高介电常数、低电导率的微小颗粒分散于低介电常数的绝缘油中而形成的悬浮体系。在减振、机械传动、自控、机电一体化、微驱动等领域具有巨大的应用前景。电流变液材料大多是两相体系，即由分散相(颗粒)和连续相(基液)构成，人们对分散相材料的研究大多集中在无机氧化物材料和有机高分子材料两个领域内。无机类材料如欧洲专利EP0396237利用硅铝酸盐作为电流变液的分散相颗粒，其成分为(Al2O3)a(SiO3)b，a∶b在1∶1～1∶9之间。无机类材料虽然力学性能良好，但存在抗沉降性差，质地坚硬，对设备磨损大等缺点。有机高分子材料作为电流变液的分散相多采用聚苯胺、聚吡咯等。尽管它们具有韧性好，抗沉降等优点，但其制备工艺复杂，温度效应不佳，有的甚至有毒性，难以实现工业化。为综合解决上述问题。已有研究者尝试用有机/无机复合材料作为电流变液的分散相，以充分发挥二者的特长，实现优势互补，如日本专利JP10121084采用核壳型电流变颗粒，其核为有机高分子，表面包覆无机半导体材料及酞等染料。但该发明其力学值偏低、成本高、制备工艺较复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种新颖的三元体系纳米复合颗粒电流变液材料。该三元体系是以高岭土/二甲基亚砜插层复合物为核，再包裹上羧甲基淀粉而构成的纳米复合材料。该材料的制备方法是首先利用直接插层法使极性液体二甲基亚砜直接插入高岭土层间，形成一维尺度上的纳米插层复合材料。该插层复合物再与羧甲基淀粉的水溶液反应，从而生成一种新型的三元体系纳米复合颗粒电流变液材料。由该材料与甲基硅油配制的电流变液既具有较高的力学值，好的抗沉降性和宽的工作温区，而且制备工艺简单，原材料价格低廉，来源广泛，大大降低了电流变液的成本。充分发挥了有机和无机材料的不同特长，实现了优势互补。
附图说明
图1高岭土/二甲基亚砜/羧甲基淀粉，高岭土/羧甲基淀粉，羧甲基淀粉，高岭土四种电流变液剪切应力与电场强度的关系
图2高岭土/二甲基亚砜/羧甲基淀粉三元纳米复合材料电流变液在不同电场下剪切应力与剪切速率的关系
具体实施方式
所用原料有化学纯高岭土，分析纯二甲基亚砜，化学纯氯乙酸，化学纯氢氧化钠，化学纯淀粉，蒸馏水等。
先将一定量的二甲基亚砜(约为纯土重量的10％～50％)滴入到一定量的高岭土中，边滴边摇匀。滴完后超声振荡一段时间。再将其装入密封容器中，放入烘箱，80℃下反应10小时。同时将一定量经溶媒法制得的羧甲基淀粉溶于一定量的蒸馏水，搅拌10小时以上，再将密封容器中的高岭土/二甲基亚砜插层复合物缓慢加入到羧甲基淀粉的水溶液中，进一步充分搅拌。然后经抽滤、洗涤、再经60～70℃下真空干燥10小时左右；经研磨可得疏松的白色粉末，将该样品与甲基硅油按一定比例配制成电流变液。
本发明的实现过程和材料的性能由实施例和附图详细说明：
实施例一：先称取3g高岭土放入称量瓶中，再用滴管吸取适量二甲基亚砜，缓慢加入高岭土中，边滴加边摇匀。二甲基亚砜的量约为纯土重量的30％。再将样品超声振荡30min后，再放入密闭容器中于烘箱中80℃下反应10小时，即制得高岭土/二甲基亚砜插层复合物。同时将20g淀粉加入到150ml无水乙醇中，搅拌1小时，加入NaOH 15g，继续搅拌1小时，升温至50℃，加入15g NaOH和71g氯乙酸，50℃搅拌5小时以上反应完毕，经抽滤，洗涤，60℃下真空干燥5小时即制得羧甲基淀粉。将3.5g羧甲基淀粉加入到50ml水中，常温搅拌10小时，再将先前制得的高岭土/二甲基亚砜插层复合物缓慢加入，继续在常温下搅拌10小时反应完毕。抽滤、洗涤，再经60℃下真空干燥10小时左右，经研磨可得高岭土/二甲基亚砜/羧甲基淀粉三元纳米复合颗粒，将颗粒样品与甲基硅油混合制成电流变液。该电流变液的剪切应力与电场强度、剪切速率的关系如附图1、2所示。
实施例二：(羧甲基淀粉电流变液)
先将20g淀粉加入到150ml无水乙醇中，搅拌1小时，加入NaOH 15g，继续搅拌1小时，升温至50℃，加入15g NaOH和71g氯乙酸，在50℃下搅拌5小时以上，反应完毕。经抽滤、洗涤，60℃下真空干燥5小时，即制得羧甲基淀粉，再将其与甲基硅油按一定比例配制成电流变液。该电流变液的剪切应力与电场强度的关系如附图1所示。
实施例三：(纯高岭土电流变液)
将120℃下干燥2小时后的高岭土与甲基硅油按一定比例配制成电流变液。该电流变液的剪切应力与电场强度的关系如附图1所示。
实施例四：(高岭土/羧甲基淀粉复合材料电流变液)
将35g羧甲基淀粉分散于50ml水中，常温搅拌10小时。再将3g高岭土缓慢加入，常温搅拌10小时。反应完毕后抽滤，洗涤，再经60℃下真空干燥10小时左右，再经研磨可得高岭土/羧甲基淀粉复合颗粒，将该颗粒样品与甲基硅油混合制成电流变液。该电流变液的剪切应力与电场强度、剪切速率的关系如附图1所示。
Claims (3)
1.一种高岭土/二甲基亚砜/羧甲基淀粉三元体系纳米复合电流变液材料，其特征在于该材料的分散相为高岭土/二甲基亚砜/羧甲基淀粉纳米复合颗粒，连续相基液为甲基硅油。
2.根据权利要求1所述高岭土/二甲基亚砜/羧甲基淀粉三元体系纳米复合电流变液材料，其特征在于分散相颗粒为高岭土/二甲基亚砜/羧甲基淀粉三元体系纳米复合颗粒，即以高岭土/二甲基亚砜插层复合物为核，再包裹上羧甲基淀粉而形成的一种纳米复合材料；其中二甲基亚砜的加入量为纯高岭土重量的10％-50％。
3.根据权利要求1所述高岭土/二甲基亚砜/羧甲基淀粉三元体系纳米复合电流变液材料，其特征在于制备工艺包括以下步骤：
(1)先称取3g高岭土放入称量瓶中，再用微取液器称取适量二甲基亚砜，缓慢加入高岭土中，边滴加边摇匀；二甲基亚砜的加入量为纯土重量的10％-50％；再将样品超声振荡30min后，放入密闭容器中，于烘箱中80℃下反应10小时，即制得高岭土/二甲基亚砜插层复合物；
(2)同时将20g淀粉加入到150mL无水乙醇中，搅拌1小时后，加入NaOH 15g，继续搅拌1小时，升温至50℃，再加入15g NaOH和71g氯乙酸，于50℃下继续搅拌5小时以上，反应完毕后经抽滤洗涤，60℃下真空干燥5小时后，即制得羧甲基淀粉；
(3)将3.5g羧甲基淀粉加入到50ml水中，常温搅拌10小时，再将先前制得的高岭土/二甲基亚砜插层复合物缓慢加入，继续在常温下搅拌10小时后反应完毕；样品经抽滤、洗涤，再经60℃下真空干燥10小时左右，再经研磨而可制得高岭土/二甲基亚砜/羧甲基淀粉三元纳米复合颗粒，将该颗粒样品与甲基硅油混合制成电流变液。
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