专利名称：功能低聚硅氧烷接枝稀土掺杂纳米颗粒的电流变液的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种在直流电场作用下具有特殊流变响应的稳定液体材料，特别是涉及功能低聚硅氧烷接枝稀土掺杂纳米颗粒的电流变液的制备方法。
背景技术：
电流变液(Electrorheological Fluids，简称ERF)，一般分为悬浮型和均相型两类。前者是由高介电常数的固体微米颗粒分散在低介电常数的绝缘油中形成的悬浮液；后者主要是指液晶单相或液晶高分子的分散液。电流变液是近年来发展较快的一类智能液体材料，由于其在电场作用下能在毫秒级时间内发生快速、可逆、可控的流变响应，因此在机械传动、减震、机电控制方面有重要的潜在应用前景。ERF一旦实现应用突破，将有可能引起机械、交通等领域的重大变革，具有重大的工业价值。但是，在现有的ERF中，对于悬浮型体系而言，由于两相性质差异，其稳定性不理想一直是个难题，现有的研究主要集中于分散相即对分散粒子的改性和复合以及利用各种助剂的改性研究，在同时考虑分散相和连续相两者整体的相互关联和化学结构方面研究得较少；对于均相的液晶体系而言，一般响应速度较慢，合成过程要求高，并且在生产成本高，有一定的污染，影响其大规模的应用。此外，某些ERF需要水等活化剂的作用才产生ER效应，这种ERF存在腐蚀性大、工作温度范围窄等缺点。另外，现有的ERF还存在制备工艺复杂、漏电流密度大等缺陷。这些都在一定程度上阻碍着实现真正的工业化过程，从而大大制约了ERF的应用发展。
发明内容
本发明的目的就是为了克服现有技术存在的缺陷而提供一种稳定性好、响应效果显著、低腐蚀性、低漏电流密度的稳定电流变液的制备方法。
本发明目的实现的技术方案是，功能低聚硅氧烷接枝稀土掺杂纳米颗粒的电流变液的制备方法，采用纳米颗粒表面改性试剂对纳米颗粒表面改性，同时和稀土化合物掺杂复合，在本体条件下引发使其与功能低聚硅氧烷进行原位接枝反应，形成纳米颗粒连接功能低聚硅氧烷的有利于电场极化响应的化学结构，直接得到性能稳定的电流变液。
所述的纳米颗粒包括纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米三氧化二铝、纳米碳酸钙、纳米碳酸钡、纳米钛酸钡等；纳米颗粒粒径在10-60nm的范围。
所述的纳米颗粒表面改性试剂是乙烯基三乙氧基硅烷、γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷。
所述的稀土化合物是稀土羧酸盐类(如丙烯酸稀土、甲基丙烯酸稀土)、氯化稀土、氢氧化稀土、稀土氧化物类等。
所述的功能低聚硅氧烷是羟基低聚硅氧烷、乙烯基低聚硅氧烷、氨基低聚硅氧烷等；黏度在15-150厘斯，官能团含量为1％-20％(物质的量)之间的油状硅氧烷高分子。
所述的纳米颗粒占电流变液的重量百分比为5-15％；稀土化合物占电流变液的重量百分比为0.5-10％；本发明与现有的技术相比，具有以下优点及效果1.纳米颗粒经表面处理后和稀土化合物掺杂复合，在本体条件下与功能低聚硅氧烷进行原位反应。因为功能低聚硅氧烷在反应中接枝到复合的纳米颗粒上，形成有利于电场极化响应的稳定分散体，同时功能低聚硅氧烷本身在反应中充当反应组分和连续相的双重作用，因此无需通过颗粒的二次分散，且得到的电流变液具有很好的均匀性和稳定性，经试验，该ERF放置一个月无任何分层现象发生(附试验结果如图1)。
2.本发明制备的ERF不需要水等活化剂活化即可产生ER效应，且可以在电场作用下完成从液态到固态的相转变。这可以克服含水ERF易腐蚀、工作温度范围窄、ER效应与温度及含水量依赖性大的缺陷。
3.采用原位反应的方法制备ERF，其制备工艺可连续化、原料易得、易于推广，对设备无特殊要求。
4.本发明制备ERF还具有漏电流密度很小的特点，可明显降低功率消耗。经试验，当电场强度达3.5kV/mm时，漏电流为零。
图1是本发明羟基低聚硅氧烷接枝含稀土纳米颗粒ERF的稳定性能图；图2是本发明羟基低聚硅氧烷接枝含稀土纳米颗粒ERF的频率扫描特性图；具体实施方式
实施例一将150℃下干燥2h后的1g纳米二氧化硅与1.5mL纳米颗粒表面改性试剂在充分搅拌条件下浸润作用，加入2mL丙烯酸铈的丙烯酸溶液(3mol/L)搅拌0.5h。加入15mL已在100℃下干燥过的羟基低聚硅氧烷，添加0.0030gAIBN作为引发剂，在60℃下搅拌0.5h，升温至80℃下搅拌反应3小时，真空65℃干燥3h，制得电流变液。
实施例二按照实施例一，先将150℃下干燥2h后的2g纳米二氧化硅与3mL纳米颗粒表面改性试剂在充分搅拌条件下浸润作用，加入4mL丙烯酸铈的丙烯酸溶液(3mol/L)搅拌0.5h。然后加入15mL已在100℃下干燥过的羟基低聚硅氧烷，添加0.0040gAIBN作为引发剂，在60℃下搅拌0.5h，升温至80℃下搅拌反应2.5h，真空65℃干燥3h，制得电流变液。测量其稳定性与时间的关系如图1所示，动态频率扫描中复模量与频率的关系如图2所示。
实施例三按照实施例一，先将150℃下干燥2h后的2g纳米二氧化硅与3mL纳米颗粒表面改性试剂在充分搅拌条件下浸润作用，加入5mLα-甲基丙烯酸钕的α-甲基丙烯酸溶液(3mol/L)搅拌0.5h。然后加入15mL已在100℃下干燥过的羟基低聚硅氧烷，添加0.0035gAIBN作为引发剂，在60℃下搅拌0.5h，升温至80℃下搅拌反应3h，真空65℃干燥3h，制得电流变液。
制得电流变液经试验，当电场强度达3.5kV/mm时，漏电流为零，放置一个月无任何分层现象发生。
权利要求
1.功能低聚硅氧烷接枝稀土掺杂纳米颗粒的电流变液的制备方法，其特征是采用纳米颗粒表面改性试剂对纳米颗粒表面改性，同时和稀土化合物掺杂复合，在本体条件下引发使其与功能低聚硅氧烷进行原位接枝反应，形成纳米颗粒连接功能低聚硅氧烷的有利于电场极化响应的化学结构，直接得到性能稳定的电流变液。
2.根据权利要求书1所述的功能低聚硅氧烷接枝稀土掺杂纳米颗粒的电流变液的制备方法，其特征是所述的纳米颗粒包括纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米三氧化二铝、纳米碳酸钙、纳米碳酸钡、纳米钛酸钡，粒径为10-60nm。
3.根据权利要求书1所述的功能低聚硅氧烷接枝稀土掺杂纳米颗粒的电流变液的制备方法，其特征是所述的纳米颗粒表面改性试剂包括乙烯基三乙氧基硅烷、γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷。
4.根据权利要求书1所述的功能低聚硅氧烷接枝稀土掺杂纳米颗粒的电流变液的制备方法，其特征是所述的含稀土化合物包括稀土羧酸盐类、氯化稀土、氢氧化稀土、稀土氧化物类。
5.根据权利要求书1所述的功能低聚硅氧烷接枝稀土掺杂纳米颗粒的电流变液的制备方法，其特征是所述的功能低聚硅氧烷包括羟基低聚硅氧烷、乙烯基低聚硅氧烷、氨基低聚硅氧烷，黏度在15-150厘斯，官能团含量为1％-20％(物质的量)之间的油状硅氧烷高分子。
6.根据权利要求书1所述的功能低聚硅氧烷接枝稀土掺杂纳米颗粒的电流变液的制备方法，其特征是所述的纳米颗粒占电流变液的重量百分比为5-15％，稀土化合物占电流变液的重量百分比为0.5-10％。
全文摘要
本发明公开了一种功能低聚硅氧烷接枝稀土掺杂纳米颗粒的电流变液的制备方法。采用纳米颗粒表面改性试剂对纳米颗粒表面改性，同时和稀土化合物掺杂复合，在本体条件下引发使其与功能低聚硅氧烷进行原位接枝反应，形成纳米颗粒连接功能低聚硅氧烷的有利于电场极化响应的化学结构，得到性能稳定的电流变液。本发明与现有技术相比，稳定性能好、响应效果优异、低机械磨损性、低漏电流密度等优点，ERF放置一个月无任何分层现象发生。制备工艺可连续化，原料易得，对设备无特殊要求，易于推广应用。
文档编号C09C3/10GK101082009SQ20071002265
公开日2007年12月5日 申请日期2007年5月21日 优先权日2007年5月21日
发明者严长浩, 潘生林, 代少俊, 武莉萍, 焦联联, 张明 申请人:扬州大学