CN1670146A - 蒙脱土/甲酰胺/淀粉三元体系复合颗粒电流变液材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电流变液材料及其制备技术，特别涉及一种蒙脱土/甲酰胺/淀粉三元体系复合颗粒电流变液材料及其制备方法。与以往材料相比，本发明所得电流变液分散相材料是由蒙脱土/甲酰胺/淀粉三元体系组成的复合颗粒，并且采用溶液法经两步复合制得。制备工艺简单，原料易得，组分与性能易于控制，复合颗粒中的基材蒙脱土具有层状结构，在吸附高介电常数的极性液体甲酰胺后，再与易极化的多羟基聚合物淀粉复合，改善了材料的介电性能和抗沉降性能，从而使该材料与甲基硅油所配制的电流变液的综合性能得到优化。附图显示了不同甲酰胺含量的蒙脱土/甲酰胺/羧甲基淀粉三元体系复合颗粒电流变液静态屈服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及其制备技术，特别涉及一种蒙脱土/甲酰胺/淀粉三元体系复合颗粒电流变液材料及其制备方法。
背景技术 电流变液是一种新型的智能材料，它通常是由高介电常数、低电导率的固体颗粒分散于低介电常数的绝缘油中而形成的悬浮体系。该体系的粘度、屈服应力、剪切模量等流变特性可由外加电场进行连续调控，并可在瞬间实现液-固转变，且这种转变行为具有快速、可逆、可调控等优点，故在自动化、减振器、离合器、阻尼器、无级调速装置及光学与印刷设备上有重要的应用价值。然而，到目前为止电流变液的性能距实用化仍有一定的差距，主要表现在电场诱导的力学性能低、温度使用范围窄、悬浮体系中的颗粒易沉降、材料具有毒性、制备工艺复杂以及成本太高等方面。早期的含水电流变材料只有在有水存在的条件下才具有电流变效应，由于受到水的影响，用该材料配制的电流变液性能不稳定，适用温度范围很窄。1985年Block首先研制出了稠环芳烃类无水电流变液材料，如聚苯胺、聚吡咯烷酮等，这类材料热稳定性好、密度低不易沉降，克服了含水电流变液材料的部分缺点，但还存在着制备工艺复杂、毒性大、成本高等不足之处，因此难以实现商品化和工业化。为了解决这些问题，部分研究者开始转向无机电流变液材料的研究与开发上，而且在对无机氧化物类电流变液材料的掺杂与改性方面取得很大的进展，这类电流变材料最大的优点是电场诱导下的屈服应力值高、实用温度范围广，但无机类材料因其密度大、质地坚硬，因而存在抗沉降性差及对器件磨损厉害等缺陷。综上所述可知，研制出一种综合性能优良、成本低且对环境友好的电流变材料成为当前电流变技术领域的关键问题。
发明内容 本发明的目的是提供一种蒙脱土/甲酰胺/淀粉三元体系复合颗粒电流变液材料。依据介电极化机理及协同作用机制，选用了具有层状结构的蒙脱土、具有高介电常数的极性液体甲酰胺和易发生极化的多羟基聚合物淀粉为基本组分，用溶液复合法制备了蒙脱土/甲酰胺/淀粉三元体系复合颗粒。用该颗粒配制的电流变液可以有效地克服纯蒙脱土电流变液漏电流大及对器件磨损严重等缺点；与蒙脱土/淀粉复合颗粒电流变液相比，该三元体系复合颗粒电流变液在电场作用下的屈服应力值有大幅度的提高；此外，该复合颗粒所用原料价格低廉、制备工艺简单，产品无毒无害，有望实现工业化生产和广泛应用。
附图说明
图1含有不同甲酰胺量的Na+-蒙脱土/甲酰胺/羧甲基淀粉三元体系复合颗粒电流变液的静态屈服应力与电场强度的关系。
图2含有不同甲酰胺量的Na+-蒙脱土/甲酰胺/羧甲基淀粉三元体系复合颗粒电流变液的漏电流密度与电场强度的关系。
具体实施方式 首先将一定量的甲酰胺加入装有无水乙醇的容器中搅拌均匀，接着加入一定量蒙脱土并在室温下搅拌4小时使整个体系分散均匀，然后给该体系升温至40℃，在搅拌的条件下使乙醇全部挥发，即可得到吸附有甲酰胺的蒙脱土；再将一定量的羧甲基淀粉溶于去离子水中，得到清亮透明的淀粉溶液；接着将吸附有甲酰胺的蒙脱土加入羧甲基淀粉溶液中，在室温下搅拌8小时；然后将产物放入冰箱中冻结成冰后放入冷冻干燥器中冷冻干燥10小时，即可得到疏松的蒙脱土/甲酰胺/羧甲基淀粉复合物。将所得的复合颗粒放入玛瑙研钵中，研磨成细小均匀的颗粒，再将其转入真空干燥箱中，在60℃下真空干燥10小时，然后将该颗粒与硅油按一定的比例混合均匀即可得到以蒙脱土/甲酰胺/淀粉三元体系复合颗粒为分散相的电流变液。
本发明的实现过程和材料的性能由实施例和附图说明：
实施例一：
用移液管移取0.05ml的甲酰胺，将其溶于20ml无水乙醇中；接着将称量好的5克蒙脱土加入溶有甲酰胺的乙醇溶液中，在室温条件下搅拌4小时；然后将温度升至40℃，在敞口容器中搅拌使乙醇全部挥发，即可得到吸附有甲酰胺的蒙脱土颗粒；将1克羧甲基淀粉溶于去离子水中，得到清亮透明的溶液；再将吸附有甲酰胺的蒙脱土颗粒加入羧甲基淀粉的水溶液中，在室温条件下搅拌8小时；然后将产物放入冰箱中冷冻成冰，再用冷冻干燥机冷冻干燥10小时，即可得到疏松的蒙脱土/甲酰胺/羧甲基淀粉复合物。将所得的复合颗粒放入玛瑙研钵中，研磨成细小均匀的颗粒，再将其转入真空干燥箱中，在60℃下真空干燥10小时，然后该颗粒与硅油按颗粒体积分数为36％的比例混合均匀即可得到以蒙脱土/甲酰胺/淀粉三元体系复合颗粒为分散相的电流变液。该电流变液的静态屈服应力与电场强度的关系如附图1所示，其漏电流密度与电场强度的关系如附图2所示。
实施例二：
用移液管移取0.10ml的甲酰胺，将其溶于20ml无水乙醇中；接着将称量好的5克蒙脱土加入溶有甲酰胺的乙醇溶液中，在室温条件下搅拌4小时；然后将温度升至40℃，在敞口容器中搅拌使乙醇全部挥发，即可得到吸附有甲酰胺的蒙脱土颗粒；将1克羧甲基淀粉溶于去离子水中，得到清亮透明的溶液；再将吸附有甲酰胺的蒙脱土颗粒加入羧甲基淀粉的水溶液中，在室温条件下搅拌8小时；然后将产物放入冰箱中冷冻成冰，再用冷冻干燥机冷冻干燥10小时，即可得到疏松的蒙脱土/甲酰胺/羧甲基淀粉复合物。将所得的复合颗粒放入玛瑙研钵中，研磨成细小均匀的颗粒，再将其转入真空干燥箱中，在60℃下真空干燥10小时，然后该颗粒与硅油按颗粒体积分数为36％的比例混合均匀即可得到以蒙脱土/甲酰胺/淀粉三元体系复合颗粒为分散相的电流变液。该电流变液的静态屈服应力与电场强度的关系如附图1所示，其漏电流密度与电场强度的关系如附图2所示。
实施例三：
用移液管移取0.20ml的甲酰胺，将其溶于20ml无水乙醇中；接着将称量好的5克蒙脱土加入溶有甲酰胺的乙醇溶液中，在室温条件下搅拌4小时；然后将温度升至40℃，在敞口容器中搅拌使乙醇全部挥发，即可得到吸附有甲酰胺的蒙脱土颗粒；将1克羧甲基淀粉溶于去离子水中，得到清亮透明的溶液；再将吸附有甲酰胺的蒙脱土颗粒加入羧甲基淀粉的水溶液中，在室温条件下搅拌8小时；然后将产物放入冰箱中冷冻成冰，再用冷冻干燥机冷冻干燥10小时，即可得到疏松的蒙脱土/甲酰胺/羧甲基淀粉复合物。将所得的复合颗粒放入玛瑙研钵中，研磨成细小均匀的颗粒，再将其转入真空干燥箱中，在60℃下真空干燥10小时，然后该颗粒与硅油按颗粒体积分数为36％的比例混合均匀即可得到以蒙脱土/甲酰胺/淀粉三元体系复合颗粒为分散相的电流变液。该电流变液的静态屈服应力与电场强度的关系如附图1所示，其漏电流密度与电场强度的关系如附图2所示。
实施例四：
用移液管移取0.40ml的甲酰胺，将其溶于20ml无水乙醇中；接着将称量好的5克蒙脱土加入溶有甲酰胺的乙醇溶液中，在室温条件下搅拌4小时；然后将温度升至40℃，在敞口容器中搅拌使乙醇全部挥发，即可得到吸附有甲酰胺的蒙脱土颗粒；将1克羧甲基淀粉溶于去离子水中，得到清亮透明的溶液；再将吸附有甲酰胺的蒙脱土颗粒加入羧甲基淀粉的水溶液中，在室温条件下搅拌8小时；然后将产物放入冰箱中冷冻成冰，再用冷冻干燥机冷冻干燥10小时，即可得到疏松的蒙脱土/甲酰胺/羧甲基淀粉复合物。将所得的复合颗粒放入玛瑙研钵中，研磨成细小均匀的颗粒，再将其转入真空干燥箱中，在60℃下真空干燥10小时，然后该颗粒与硅油按颗粒体积分数为36％的比例混合均匀即可得到以蒙脱土/甲酰胺/淀粉三元体系复合颗粒为分散相的电流变液。该电流变液的静态屈服应力与电场强度的关系如附图1所示。
Claims (3)
1.一种蒙脱土/甲酰胺/淀粉三元体系复合颗粒电流变液材料，该材料的分散相是蒙脱土/甲酰胺/淀粉三元体系复合电介质颗粒，连续相为甲基硅油。
2.如权利要求1所述蒙脱土/甲酰胺/淀粉三元体系复合颗粒电流变液材料，其特征是分散相是由具有层状结构的蒙脱土、高介电常数的极性液体甲酰胺以及易发生极化的多羟基聚合物淀粉三元体系复合而成的复合颗粒，其中淀粉与蒙脱土的质量比为：0.05-0.50∶1，甲酰胺与蒙脱土的质量比为：0.005-0.2∶1。
3.如权利要求1所述蒙脱土/甲酰胺/淀粉三元体系复合颗粒电流变液材料的制备方法，其特征是制备过程包括如下几个步骤：
(1)选用工业品钠基蒙脱土、分析纯甲酰胺、分析纯无水乙醇、羧甲基淀粉、去离子水作反应原料；
(2)将一定量的甲酰胺加入装有无水乙醇的容器中搅拌均匀，接着加入一定量蒙脱土并在室温下搅拌4小时使整个体系分散均匀，然后给该体系升温至40℃，在搅拌的条件下使乙醇全部挥发，即可得到吸附有甲酰胺的蒙脱土；
(3)将一定量的羧甲基淀粉溶于去离子水中，得到清亮透明的淀粉溶液，接着将吸附有甲酰胺的蒙脱土加入羧甲基淀粉溶液中，在室温下搅拌8小时即可得到含有大量水的复合物；
(4)将含水复合物放入冰箱中冻结成冰后放入冷冻干燥机中冷冻干燥10小时，即可得到疏松的蒙脱土/甲酰胺/羧甲基淀粉复合物，将所得的复合物放入玛瑙研钵中，研磨成细小均匀的颗粒，再将其转入真空干燥箱中，在60℃下真空干燥10小时即可得到蒙脱土/甲酰胺/淀粉三元体系复合颗粒；
(5)将该复合颗粒与硅油按一定的比例混合均匀即可得到以蒙脱土/甲酰胺/淀粉三元体系复合颗粒为分散相的电流变液。
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