专利名称：高岭土/羧甲基淀粉插层复合材料电流变液的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高岭土/羧甲基淀粉插层复合材料电流变液。
电流变液(Electrorheological Fluid简称ER流体)是一种新型智能材料，在减振、机械传动、自控、机电一体化等领域具有巨大的应用前景。目前，电流变液的性能还未达到实用化要求，其中最主要的制约因素是电场激励下的力学值不高以及抗沉降性较差。关于电流变液分散相材料的研究大多集中在无机氧化物和有机高分子聚合物材料两个领域内。无机类材料曾经是电流变液的主要研究对象，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)b(SiO2)c，b∶c在1∶1～1∶9范围内，但存在力学性能偏低，抗沉降稳定性差、对设备磨损大等缺点；后来多采用有机高分子聚合物材料为电流变液的分散相(如H.Block and J.P.Kelly，U.K.Patent，2170510(1985))，尽管其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，成本高，有的毒性大，难以实现工业化。
本发明的目的是提供一种高岭土与羧甲基淀粉相互作用的新型电流变液材料，其分散相为高岭土/羧甲基淀粉插层复合材料。采用二次插层取代法，选用了二甲基亚砜作前驱体，首先制备高岭土/二甲基亚砜插层复合物；然后经过羧甲基淀粉的二次插层取代，羧甲基淀粉插入高岭土层间，使高岭土片层剥离。高岭土单一片层分散在羧甲基淀粉中，形成纳米尺度上的均一相材料。这种剥离型高岭土/羧甲基淀粉插层复合材料既具有较高的力学值、宽的工作温区和良好的抗沉降性，又有低廉的成本、简单的制备工艺等特点。充分发挥有机材料和无机材料的不同特长，实现了优势互补，是一种综合性能优良的电流变材料。
本发明目的具体实施如下取一定量的高岭土分散于二甲基亚砜溶液中，60-80℃之间搅拌一天，得高岭土/羧甲基淀粉插层复合物。在三颈瓶中加入淀粉和无水乙醇，30-40℃之间加入一定量的KOH，加入量约为KOH总用量的一半，对淀粉进行活化处理。反应半小时后，加入KOH和氯乙酸混合物并升温至40-50℃，反应3个小时。反应完毕后，抽滤，滤饼用无水乙醇洗涤多次，干燥粉碎即可得羧甲基淀粉。将制得的高岭土/二甲基亚砜复合物分散于蒸馏水中并搅拌，使之充分溶胀，倒入三颈瓶中组成第一组分，再将羧甲基淀粉用蒸馏水充分溶解，移至分液漏斗中，组成第二组分。在加热套上对高岭土/二甲基亚砜复合物进行搅拌，加热至60℃左右开始滴加羧甲基淀粉溶液，滴加完毕后温度恒定在70-80℃之间，反应8小时，反应完后，抽滤，用无水乙醇洗涤3次以上。滤饼60℃下真空干燥3小时，80℃下半小时，得到淡灰色颗粒，用研钵研成细小颗粒，即可得高岭土/羧甲基淀粉插层复合物。将制得的复合物颗粒放入玛瑙研钵中，研磨成细小均匀的颗粒。硅油在100℃下干燥一个小时，颗粒按体积比31％与硅油混合均匀即可得到以高岭土/羧甲基淀粉复合物为分散相颗粒的电流变液。
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(高岭土/羧甲基淀粉复合材料电流变液)在制备高岭土/羧甲基淀粉插层复合物的过程中，采用了取代插层的方法，即先用前驱体二甲基亚砜插入高岭土层间，再用羧甲基淀粉将前驱体取代出来，形成高岭土/羧甲基淀粉插层复合物。实验中取10g高岭土分散于20ml二甲基亚砜溶液中，60-80℃下搅拌反应一天，可得高岭土/二甲基亚砜插层复合物。在三颈烧瓶中加入10g淀粉和40ml无水乙醇，充分搅拌。30-40℃时加入1.5gKOH，加入量为KOH总用量(3g)的一半，对淀粉进行碱化处理，半小时后，加入1.5gKOH和5g氯乙酸混合物并升温至40-50℃，在此温度下反应3个小时进行羧甲基化处理。反应完毕后，抽滤，滤饼用无水乙醇洗涤多次，干燥粉碎即可得羧甲基淀粉。将制得的高岭土/二甲基亚砜复合物分散于蒸馏水中并搅拌，使之充分溶胀，倒入三颈烧瓶中组成第一组分；再将羧甲基淀粉用蒸馏水充分溶解，移至分液漏斗中，组成第二组分。在加热套上对充分溶胀的高岭土/二甲基亚砜复合物进行搅拌，加热至60℃时开始滴加羧甲基淀粉溶液，滴加完毕后温度恒定在70-80℃之间，此温度下反应8小时。反应完毕后，抽滤，在抽滤的过程中用无水乙醇洗涤3次以上。抽滤完成后，将样品放入真空干燥箱内60℃下真空干燥3小时，80℃下干燥半小时，得到淡灰色颗粒，用研钵研成细小颗粒，即可得高岭土/羧甲基淀粉插层复合物。将制得的复合物颗粒放入玛瑙研钵中，研磨3个小时，研成细小均匀的颗粒。硅油在100℃下干燥一个小时后，颗粒按体积比31％与硅油混合均匀，即可得到以高岭土/羧甲基淀粉复合物为分散相颗粒的电流变液。
图1显示了体积比为31％的高岭土/羧甲基淀粉复合材料(组成比为1∶1)电流变液在不同电场强度下剪切应力随剪切速率变化的情况。图2是高岭土/羧甲基淀粉(组成比为1∶1)、羧甲基淀粉和纯高岭土在不同电场强度下的剪切应力的情况。图3为不同电场强度下，复合物的不同配比与剪切应力之间的关系。
实施例二(纯高岭土电流变液)将150℃下干燥2h后的高岭土与甲基硅油按颗粒/硅油体积比31％配制成纯高岭土电流变液，测量其在不同电场强度下的剪切应力的情况如图1所示。
实施例三(羧甲基淀粉电流变液)按实施例一制备出羧甲基淀粉，将其与甲基硅油按颗粒/硅油体积比31％配制成羧甲基淀粉电流变液。测量其在不同电场强度下的剪切应力的情况如图1所示。
权利要求
1.一种高岭土/羧甲基淀粉插层复合材料电流变液。其特征在于该材料的分散相为高岭土/羧甲基淀粉插层复合微粒，连续相基液为甲基硅油；制备该分散相材料的工艺选用二次插层法。
2.根据权利要求1所述高岭土/羧甲基淀粉插层复合材料电流变液，其特征在于分散相颗粒是先由二甲基亚砜直接插入高岭土层间，形成有机/无机复合物；再由羧甲基淀粉对该有机/无机复合物进行二次插层取代，形成高岭土/羧甲基淀粉插层复合材料。
3.根据权利要求1所述高岭土/羧甲基淀粉插层复合材料电流变液，其特征在于经过羧甲基淀粉的二次插层取代，羧甲基淀粉插入高岭土层间，使高岭土片层剥离；高岭土单一片层分散在羧甲基淀粉中，形成纳米尺度上的均一相材料。
4.根据权利要求1所述高岭土/羧甲基淀粉插层复合材料电流变液，其特征在于高岭土/羧甲基淀粉插层复合材料颗粒按体积比31％与硅油混合均匀得到以高岭土/羧甲基淀粉复合物为分散相颗粒的电流变液。
5.根据权利要求1所述高岭土/羧甲基淀粉插层复合材料电流变液，其特征在于制备工艺方法包括以下步骤(1)选用高岭土、二甲基亚砜、淀粉、甲基硅油等作为原料；(2)取一定量的高岭土分散于二甲基亚砜溶液中，60-80℃下搅拌一天，得高岭土/羧甲基淀粉插层复合物；(3)在三颈瓶中加入淀粉和无水乙醇，30-40℃时加入一定量的KOH，加入量约为KOH总用量的一半，对淀粉进行活化处理；反应半小时后，加入KOH和氯乙酸混合物并升温至40-50℃，反应3个小时；反应完毕后，抽滤，滤饼用无水乙醇洗涤多次，干燥粉碎即可得羧甲基淀粉；(4)将制得的高岭土/二甲基亚砜复合物分散于蒸馏水中并搅拌，使之充分溶胀，倒入三颈瓶中组成第一组分，再将羧甲基淀粉用蒸馏水充分溶解，移至分液漏斗中，组成第二组分；在加热套上对高岭土/二甲基亚砜复合物进行搅拌，加热至60℃时开始滴加羧甲基淀粉溶液，滴加完毕后温度恒定在70-80℃之间，反应8小时，反应完后，抽滤，用无水乙醇洗涤3次以上；滤饼60℃下真空干燥3小时，80℃下半小时，得到淡灰色颗粒，用研钵研成细小颗粒，即可得高岭土/羧甲基淀粉插层复合物；(5)将制得的复合物颗粒放入玛瑙研钵中，研磨成细小均匀的颗粒；硅油在100℃下干燥一个小时，颗粒按体积比31％与硅油混合均匀即可得到以高岭土/羧甲基淀粉复合物为分散相颗粒的电流变液。
全文摘要
本发明涉及一种高岭土与羧甲基淀粉相互作用的新型电流变液材料，其分散相为高岭土/羧甲基淀粉插层复合材料。采用二次插层取代法，选用了二甲基亚砜作前驱体，首先制备高岭土/二甲基亚砜插层复合物；然后经过羧甲基淀粉的二次插层取代，羧甲基淀粉插入高岭土层间，使高岭土片层剥离。高岭土单一片层分散在羧甲基淀粉中，形成纳米尺度上的均一相材料。这种剥离型高岭土/羧甲基淀粉插层复合材料既具有较高的力学值、宽的工作温区和良好的抗沉降性，又有低廉的成本、简单的制备工艺、反应过程易于控制等特点，且强电场下的力学值较高(如附图显示)。
文档编号C10M107/36GK1470623SQ02114690
公开日2004年1月28日 申请日期2002年7月22日 优先权日2002年7月22日
发明者赵晓鹏, 王宝祥, 李佳 申请人:西北工业大学