剪切增稠液的粘性调控方法及其在复合结构中的应用与流程

本发明涉及防护材料领域，具体为剪切增稠液的粘性调控方法及其在复合结构中的应用。

背景技术：

1、防护材料领域是一个专注于研究、开发和应用能够保护人类、设备或结构免受物理、化学或生物伤害的材料的学科。这些材料的设计目的是在各种环境下提供防护，从日常的个人防护装备到工业和军事应用，剪切增稠液复合材料代表了防护材料领域的一项重大创新，它们结合了传统防护材料的强度与现代复合材料的灵活性和智能响应特性，剪切增稠液材料在低剪切应力下表现出较低的粘度，因此在常态下保持柔软和舒适，类似于液体或半固态物质。但是，当受到高速或高剪切力的作用时，其粘度会迅速增加，变得极其坚硬，从而提供即时的防护能力。

2、剪切增稠液通过一定质量比的分散相和分散介质制备而成，分散介质与分散相(固体颗粒)之间的界面张力如果过高，会阻碍颗粒的有效润湿和分散，这导致颗粒聚集而不是均匀分布，从而影响了stf的剪切增稠性能和稳定性，且大多剪切增稠液使用水或有机溶剂作为分散介质，在高温下可能蒸发或分解，体系失稳从而导致分散介质与分散相之间结合力弱，体系易分层。

3、为此，我们提出剪切增稠液的粘性调控方法及其在复合结构中的应用。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供剪切增稠液的粘性调控方法及其在复合结构中的应用，可有效解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：剪切增稠液的粘性调控方法，所述剪切增稠液通过一定质量比的分散相和分散介质混合并使用粘度调控剂进行调控后制得，包括如下步骤：

3、s1、分散介质的制备：向反应釜中加入所需量的丙三醇以及硅酸钠，将其搅拌均匀，得到水相a，加入碱性调节剂至水相a的ph值为7～8，将所述水相a加热至45℃～65℃，并进行保温，向所述反应釜中加入聚乙二醇和三乙醇胺，得到水相b，并在45℃～65℃的温度条件下进行搅拌，得到分散介质，所述分散介质的ph值为7～8；

4、s2、剪切增稠流体的制备：加热分散介质至80℃～140℃，在不断搅拌的条件下，向分散介质中加入改性聚甲基丙烯酸甲酯微球、纳米二氧化硅、聚甲基丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、3-氨丙基三乙氧基硅烷，待加入完毕后继续机械搅拌2h后，将机械搅拌处理后的体系用球磨设备在100r/min条件下球磨分散2h，最终抽真空1h适当去除体系中的气泡，静置，制得剪切增稠流体；

5、s3、制备粘度调控剂：称量所需量的聚羧酸盐粉末置入磁力搅拌器，加入去离子水，同时开启磁力搅拌器进行搅拌，搅拌速度设定在300-500rpm，搅拌10-30分钟，直至聚羧酸盐完全溶解，逐滴加入稀释的氢氧化钠溶液，控制ph值在7-9之间，制得粘度调控剂；

6、s4、将制得的所述剪切增稠流体冷却至常温后置入磁力搅拌器中，缓慢倒入粘度调控剂，同时开启磁力搅拌器进行搅拌，搅拌速度设定在200-500rpm，搅拌10-20分钟，确保均匀分布，制得剪切增稠液；

7、所述粘度调控剂占所述剪切增稠液质量分数的3-15％。

8、所述剪切增稠流体，按重量份数计包括：丙三醇4-8份、硅酸钠7-12份、聚乙二醇3-9份、三乙醇胺4-8份、改性聚甲基丙烯酸甲酯微球12-20份、纳米二氧化硅4-8份、聚甲基丙烯酸0.4-1.2份、聚乙烯吡咯烷酮0.2-1份、3-氨丙基三乙氧基硅烷1.4-2.2份；

9、作为优选，所述粘度调控剂，按重量份数计包括：聚羧酸盐6-12份，去离子水12-18份。

10、作为优选，所述改性聚甲基丙烯酸甲酯微球的制备方法包括如下步骤：

11、s1、聚甲基丙烯酸甲酯微球的预处理：选用聚甲基丙烯酸甲酯微球，将聚甲基丙烯酸甲酯微球分散在异丙醇中，超声处理一定时间以去除表面杂质，随后离心分离，收集沉淀，用异丙醇洗涤多次，最后干燥；

12、s2、石墨相氮化碳悬浮液的配制：将石墨相氮化碳加入异丙醇中，加入稳定剂以及粘结剂，进行超声处理至完全分散，形成均匀悬浮液；

13、s3、氧化石墨烯分散液的配制：将氧化石墨烯粉末加入去离子水中，超声处理至完全分散均匀，制得氧化石墨烯分散液；

14、s4、将预处理的聚甲基丙烯酸甲酯微球浸入在石墨相氮化碳悬浮液中，超声处理，离心，洗涤，取出多余的悬浮液，再次将微球浸入氧化石墨烯分散液中，重复超声处理、离心和洗涤过程，重复上述操作，直至在聚甲基丙烯酸甲酯微球表面形成4-12层纳米复合层，经干燥、研磨后制得改性聚甲基丙烯酸甲酯微球。

15、作为优选，所述改性聚甲基丙烯酸甲酯微球，按重量份数计包括：聚甲基丙烯酸甲酯微球12-20份、异丙醇12-22份、石墨相氮化碳2-8份、稳定剂1-4份、粘结剂2-6份、氧化石墨烯粉末5-12份、去离子水8-16份。

16、作为优选，所述稳定剂为乙酸。

17、作为优选，所述粘结剂为壳聚糖。

18、作为优选，所述聚甲基丙烯酸甲酯微球的粒径为50nm～500nm。

19、作为优选，所述s4中使用高速离心机进行离心，转速为200rpm/s-500rpm/s，时间为10min。

20、本发明第二方面提供一种剪切增稠液的应用，制得的剪切增稠液在进行固化处理后可用于汽车保险杠、运动防护装备、包装材料、航空航天工业以及其他需要高强度和抗冲击性能的领域。

21、与现有技术相比，本发明提供了剪切增稠液的粘性调控方法及其在复合结构中的应用，具备以下有益效果：

22、1、三乙醇胺中的三乙醇胺和硅酸钠的硅酸根离子反应，生成硅醇化合物，硅醇化合物具有一定的表面活性，可以吸附在固体颗粒表面，硅醇化合物能够增强改性甲基丙烯酸甲酯微球、纳米二氧化硅与分散介质之间的粘附性，并降低甲基丙烯酸甲酯微球、纳米二氧化硅与分散介质之间的界面张力，通过形成稳定的界面层防止固体颗粒的聚集和沉降，且三乙醇胺具有较高热稳定性，不易挥发，能够作为高温应用中分散介质的稳定成分，能够保持剪切增稠液的均匀性和稳定性。

23、2、改变甲基丙烯酸甲酯微球的表面性质，在制备改性聚甲基丙烯酸甲酯微球的过程中，使用了石墨相氮化碳和氧化石墨烯对微球表面进行修饰，提高了颗粒的分散性，并增强了颗粒与分散介质之间的相互作用，降低了界面张力。

24、3、制得的粘度调控剂中聚羧酸盐的分子结构中含有多个羧基(-cooh)，这些羧基在水中可以离解为带负电荷的羧酸根离子(-coo-)，从而在溶液中形成带负电荷的聚合物链，当粘度调控剂加入到剪切增稠流体中时，带负电荷的聚合物链能够吸附在改性聚甲基丙烯酸甲酯微球、纳米二氧化硅等分散相颗粒的表面，由于同种电荷相互排斥，这种静电斥力可以防止颗粒间的直接接触和聚集，维持颗粒在流体中的均匀分散状态，从而提高流体的稳定性和均一性，在低剪切速率下，这些聚合物链可以自由地缠绕在一起，形成三维网络结构，从而增加流体的粘度，而在高剪切速率下，聚合物链被拉直，网络结构破坏，流体的粘度迅速下降，表现出剪切增稠特性。

技术特征：

1.剪切增稠液的粘性调控方法，其特征在于，所述剪切增稠液通过一定质量比的分散相和分散介质混合并使用粘度调控剂进行调控后制得，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的剪切增稠液的粘性调控方法，其特征在于：所述粘度调控剂，按重量份数计包括：聚羧酸盐6-12份，去离子水12-18份。

3.根据权利要求2所述的剪切增稠液的粘性调控方法，其特征在于：所述改性聚甲基丙烯酸甲酯微球的制备方法包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的剪切增稠液的粘性调控方法，其特征在于：所述改性聚甲基丙烯酸甲酯微球，按重量份数计包括：聚甲基丙烯酸甲酯微球12-20份、异丙醇12-22份、石墨相氮化碳2-8份、稳定剂1-4份、粘结剂2-6份、氧化石墨烯粉末5-12份、去离子水8-16份。

5.根据权利要求4所述的剪切增稠液的粘性调控方法，其特征在于：所述稳定剂为乙酸。

6.根据权利要求4所述的剪切增稠液的粘性调控方法，其特征在于：所述粘结剂为壳聚糖。

7.根据权利要求3所述的剪切增稠液的粘性调控方法，其特征在于：所述聚甲基丙烯酸甲酯微球的粒径为50nm～500nm。

8.根据权利要求3所述的剪切增稠液的粘性调控方法，其特征在于：所述s4中使用高速离心机进行离心，转速为200rpm/s-500rpm/s，时间为10min。

9.如权利要求1～7任一项所述的剪切增稠液的粘性调控方法所制得的剪切增稠液的应用，其特征在于：制得的剪切增稠液在进行固化处理后可用于汽车保险杠、运动防护装备、包装材料、航空航天工业以及其他需要高强度和抗冲击性能的领域。

技术总结
本发明公开了剪切增稠液的粘性调控方法及其在复合结构中的应用，剪切增稠液通过一定质量比的分散相和分散介质混合并使用粘度调控剂进行调控后制得，改性甲基丙烯酸甲酯微球作为分散相增强了颗粒与分散介质之间的相互作用，降低了界面张力，硅醇化合物能够增强改性甲基丙烯酸甲酯微球、纳米二氧化硅与分散介质之间的粘附性，并降低甲基丙烯酸甲酯微球、纳米二氧化硅与分散介质之间的界面张力，且三乙醇胺具有较高热稳定性，能够作为高温应用中分散介质的稳定成分，能够保持剪切增稠液的均匀性和稳定性，其在汽车保险杠、运动防护装备、包装材料、航空航天工业以及其他需要高强度和抗冲击性能的领域中具有广泛的应用前景。

技术研发人员：范吉堂,朱剑涛,余快,任芳菲,于馨嘉,蔡镇清
受保护的技术使用者：范吉堂
技术研发日：
技术公布日：2024/11/11