CN1376769A - 自组装β－环糊精包结物电流变液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明介绍了一种自组装β－环糊精包结物电流变液及其制备方法,其分散相β－环糊精包结物(β－CDP－PAN)分别用液相法、固相法和液固相协同法,由β－环糊精交联聚合物(β－CDP)与1－(2－吡啶偶氮)－2－萘酚(PAN)经常温下自组装而得。所得包结物电流变液流变性能比纯β－CDP有显著提高,在直流电场5kV/mm下,其静态屈服应力达7kPa,抗沉降稳定性好。在β－CDP－PAN中,β－CDP与PAN间存在超分子化学作用,结构上有序性增强,且具有比重小的特点;分散相材料设计、制作简单易行,成本低廉。
Description
本发明涉及一种分子自组装材料电流变液及其制备方法，特别涉及自组装β-环糊精包结物材料的电流变液。
电流变液是一种新型智能材料。目前，电流变液的性能还未达到实用化要求，电场激励下的力学值不高以及抗沉降性较差是最主要的制约因素。关于分散相材料的研究大多集中在无机氧化物(如Gillites D，et al.U.K.Patent2219598(1989))和有机高分子聚合物材料(如H.Block and J.P.Kelly，U.K.Patent，2170510(1985))两个领域内。无机类材料普遍存在力学性能偏低，抗沉降稳定性差等缺点；有机类材料力学值通常比无机材料高且抗沉降性较好，但制备工艺复杂，有的毒性大，难以实现工业化。
分子自组装是在平衡条件下，分子间通过非共价键相互作用自发组合形成的一类结构明确、有序、稳定、具有某种特定功能或性能的分子聚集体或超分子结构。借助分子识别和自组装特性合成得到的自组合材料具有新奇的光、电、磁、催化等功能或特性，在分子器件、分子调控、信息转换及处理等方面有潜在的应用价值，但利用分子自组装的思想设计并用于电流变液材料，国内外少见报到。用自组装包结物制备电流变材料，可以从分子水平上对电流变液分散相进行调控，在保留有机聚合物一些优点的同时，有可能解决无机或有机材料存在的一些缺陷，获得综合性能更良好的电流变液。
本发明的目的是提供一种由β-环糊精交联聚合物与1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚自组装构筑的新型电流变液材料，其分散相与传统的核壳结构式复合颗粒、有机/无机杂化颗粒具有很大的不同，表现在主客体间存在超分子化学作用，结构上有序性增强，实现从分子水平对材料的调控，且设计、制作简单易行，具有有机材料比重小、抗沉降稳定性好的优点。
本发明的目的具体实施如下：
采用液相法、固相法和液固相协同法进行自组装。用化学纯以上β-环糊精作基体原料，环氧氯丙烷为交联剂，氢氧化钠为引发剂，可溶性淀粉为分散剂，在50～60℃下制得β-环糊精交联聚合物(β-CDP)作主体原料，1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚(PAN)作客体原料，无水或95％乙醇作为液相法和液固相协同法中的组装介质。用苯酚-硫酸比色法测定液相法所得β-环糊精交联聚合物自组装包结物中环糊精含量，确定出PAN的组装量。
由液相法进行自组装，将研细的β-环糊精交联聚合物与PAN的乙醇饱和溶液充分混合后，放置24小时以上，过滤，所得固体成分用大量水洗至无色，烘干。用研钵将所得自组装包结物研成细粉，按颗粒/甲基硅油体积比为27～31％混合均匀，配制自组装包结物材料电流变液。
由固相法进行自组装，将β-环糊精交联聚合物与PAN按液相法所确定的组装比例直接混合，用研钵研磨数小时，干燥后，同上法配制自组装包结物材料电流变液。
由液固相协同法进行自组装，将β-环糊精交联聚合物与PAN按液相法所确定的组装比例直接混合，加入少量95％乙醇，用研钵研磨45～60分钟，干燥后，同上法配制自组装包结物材料电流变液。
本发明采用三种方法通过β-环糊精交联聚合物与PAN分子之间的超分子作用制得了无水电流变材料，制备工艺简单易行，在常温下进行，对设备亦无特殊要求，产物的分离及后处理过程均易实现。研究表明，由环糊精构筑的自组装包结物电流变液的介电性能及流变学性能均比β-CDP电流变液有显著提高，同时抗沉降性也有所改善。
本发明的实现过程和材料性能由以下实施例和附图详细说明：实施例一：(纯β-CDP电流变液)
将干燥过的自制的一定交联度的β-环糊精聚合物与甲基硅油按粉末/硅油体积比27～31％配制成电流变液。测量其静态屈服应力与电场强度的关系如图1所示，介电常数与频率的关系如图2所示，体积电导率与频率的关系如图3所示，剪切强度与剪切速率间的关系如图4所示。
实施例二：(液相法)
将3克研细的β-环糊精交联聚合物置于1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚的乙醇饱和溶液中，充分搅拌混合后，放置24小时以上，滤出固体成分，用大量水洗至无色，于110℃下干燥10小时以上，即得β-CDP与PAN的自组装包结物(β-CDP-PAN)。用研钵将其研成细粉，按颗粒/甲基硅油体积比为27～31％混合均匀，配制自组装包结物材料电流变液。测量其静态屈服应力与电场强度间的关系如图1所示，介电常数与频率的关系如图2所示，体积电导率与频率的关系如图3所示，剪切强度与剪切速率间的关系如图4所示。实施例三：(固相法)
将3克研细的β-环糊精交联聚合物与相当于液相法组装量的PAN直接混合研磨3小时，即得β-CDP-PAN。在110℃下干燥2～4小时后，按颗粒/甲基硅油体积比为27～31％混合均匀，配制自组装包结物材料电流变液。测量电流变液的介电性能和流变性能与液相法所得结果相同，见图1～4。实施例四：(液固相协同法)
将3克研细的β-环糊精交联聚合物与相当于液相法组装量的PAN直接混合后，加入0.5～1.0mL95％乙醇溶液，研磨45～60分钟，即得β-CDP-PAN。在110℃下干燥2～4小时后，按颗粒/甲基硅油体积比为27～31％混合均匀，配制自组装包结物材料电流变液。测量电流变液的介电性能和流变性能与液相法所得结果相同，见图1～4。
附图及说明：
图1β-CDP和β-CDP-PAN基电流变液(体积分数31％)静态屈服应力与电场强度关系(10℃)
图2β-CDP和β-CDP-PAN基电流变液(体积分数27％)的介电常数与频率的关系(10℃)
图3β-CDP和β-CDP-PAN基电流变液(体积分数27％)的体积电导率与频率的关系(10℃)
图4β-CDP-PAN基电流变液(体积分数27％)剪切应力与剪切速率关系(10℃)
Claims (3)
1、一种自组装β-环糊精包结物电流变液及其制备方法，其特征是材料的分散相由自组装β-环糊精包结物电介质颗粒组成，连续相基液为甲基硅油；制备该电流变液分散相材料的方法分别采用液相法、固相法和液固相协同法，常温下实施分子自组装，获得超分子包结物。
2、一种如权利要求1所述自组装β-环糊精包结物电流变液及其制备方法，其特征是分散相颗粒由β-环糊精交联聚合物与1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚组成超分子包结物的微粒。
3、一种如权利要求1所述自组装β-环糊精包结物电流变液及其制备方法，其特征是制备工艺方法包括以下步骤：
(1)选用β-环糊精交联聚合物(β-CDP)作主体原料，1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚(PAN)作客体原料，无水或95％乙醇作为液相法和液固协同法中的组装介质，用苯酚-硫酸比色法测定液相法所得β-环糊精自组装包结物中环糊精含量，确定出PAN的组装量。
(2)液相法：将研细的β-环糊精交联聚合物与PAN的乙醇饱和溶液充分混合后，放置24小时以上，过滤，所得固体成分用大量水洗至无色，在110℃下干燥数小时即得桔黄色的自组装包结物微粒。
(3)固相法：将β-环糊精交联聚合物与PAN按液相法所确定的组装比例直接混合，用研钵研磨3小时后，干燥，得桔黄色的自组装包结物微粒。
(4)液固相协同法：将β-环糊精交联聚合物与PAN按液相法所确定的组装比例直接混合，加入少量95％乙醇，用研钵研磨45～60分钟，干燥后，得桔黄色的自组装包结物微粒。
(5)用液相法、固相法和液固相协同法中任一种所得干燥而细微的超分子包结物粉末，按粉末/硅油体积比为27～31％混合均匀，即制得超分子包结物材料的电流变液。
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