专利名称：表面改性草酸氧钛钙电流变液及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种电流变液及其制备方法，具体指一种表面改性草酸氧钛钙电流变液 及其制备方法。
背景技术：
电流变液通常是由具有高介电常数、低电导率的固体颗粒分散于低介电常数的绝缘 油中形成的悬浮体系，由于其在电场作用下可实现液一固之间的快速、可逆、可控转变， 因此电流变液成为一种重要的人工智能材料，和高效机电一体化中非常有潜力的材料。 电流变液在电场作用下软硬连续可调的奇特性质具有广泛和重要的应用价值，如用于离 合器、制动器、阻尼系统、减震器、无级变速器、阔门、机电耦合控制等。
电流变液是一种自身粘度在外电场作用下能够显著增加的均匀悬浊液体。通常认为 该变化是由于在电场作用下电流变液中分散的小颗粒被极化为电偶极子，这些偶极子之 间产生强烈的静电吸引从而引起液体宏观粘度的变化。该过程中颗粒由无序的随机分布 变为有序排列，通常形成一定的链状和柱状结构，该微观结构对电流变液的宏观力学性 能有很大影响。评价微粒材料的主要性能指标是剪切应力的大小，但目前已发现有大多 数电流变液的剪切强度低， 一般不高于30kPa,无法达到工业应用水平，实现工程应用 价值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种屈服应力高的表面改 性草酸氧钛钙电流变液。
本发明所要解决的另一个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种制备工艺简单 的表面改性草酸氧钛钙电流变液的制备方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为该改性草酸氧钛钙电流变液，其特 征在于其是以纳米至微米尺寸的表面改性草酸氧钛钙作为分散相，均匀分散于硅油分 散介质中形成悬浮液体，其中，表面改性草酸氧钛钙颗粒的体积浓度为20~40%。 较好的，所述的硅油可以选自二甲基硅油或羟基硅油。 上述改性草酸氧钛钙电流变液的制备方法，其特征在于包括下述步骤(1) 将含钛化合物在搅拌的条件下加入到乙醇溶液中配成摩尔比为1: 20~60的醇 溶液，并加入少量冰醋酸防止含钛化合物水解，得到溶液A;
(2) 将钙盐在搅拌的条件下加入到乙醇溶液中，配成浓度为0.5 2mol/L的醇溶液， 得到溶液B;
(3) 把草酸溶于去离子水或者水和乙醇的混合液中，配成转离子浓度为0.5 2mol/L 的草酸溶液，然后按草酸溶液重量的1 5。/。的比例加入表面活性剂，得到溶液C;其
中所述表面活性剂可以为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、硬脂酸钠或十六 烷基三甲基溴化铵；
(4) 将溶液A和溶液B混合，其中含钛化合物和钙盐摩尔比为1: 1，得混合溶液
AB;
(5) 在搅拌的条件下，在20 70。C的水浴中将混合液AB加入到溶液C中，其中草 酸和含钛化合物的摩尔比为2:1，形成沉淀；反应完全后继续搅拌1 2小时，然后 陈化4 12小时；将生成的沉淀洗涤，过滤，烘干，即得到所需要的纳米至微米尺 寸分布的表面改性草酸氧钛钙颗粒；
(6) 将所得到的表面改性草酸氧钛钙颗粒与硅油混合均匀，配制成表面改性草酸氧 钛钙颗粒的体积浓度为20~40%的悬浮液体，即得到改性草酸氧钛钙电流变液。较 好的，所述的含钛化合物可以选自钛酸四丁酯、四氯化钛、钛酸四乙酯或钛酸四异 丙酯；所述的钙盐为氯化钙、硝酸钙或乙酸钙。
与现有技术相比较，本发明所提供的表面改性草酸氧钛钙电流变液，是以草酸共沉 淀法制得的草酸钙/草酸氧钛复合粉体与硅油配制而成，其所需的原材料十分容易获得， 成本低廉，制备工艺简单，周期短；制得的改性草酸氧钛钙电流变液具有强电流变效应， 零场粘度低，抗沉降性好；当外加电场为5kV/mm时，其屈服应力可达到155kPa，且 具有电流密度小、无毒、无污染等众多优点，有很好的应用前景。
图1为本发明实施例1中所制得的表面改性草酸氧钛钙颗粒的扫描电镜照片； 图2为本发明实施例2中所制得的表面改性草酸氧钛钙颗粒的扫描电镜照片； 图3为本发明实施例1中不同体积浓度的表面改性草酸氧钛钙电流变液的屈服应力
与电场强度的关系图4为本发明实施例2中不同体积浓度的表面改性草酸氧钛钙电流变液的屈服应力
与电场强度的关系具体实施例方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
将0.05mol钛酸四丁酯在搅拌的条件下加入到乙醇溶液中配成摩尔比为1: 20的醇 溶液，并加入0.5ml冰醋酸防止钛酸四丁酯水解，得到溶液A;将0.05mol氯化钙溶解 于无水乙醇中，配制成0.5mo1/1的氯化钙溶液B;将0.1mol草酸溶解于去离子水中，配 制成0.5mol/l草酸溶液，然后加入溶液的重量比为1%的十二垸基苯磺酸钠，得到溶液C; 将溶液A和溶液B混合，得混合溶液AB;在剧烈搅拌的条件下,在5(TC的水浴中，将 混合液AB加入到溶液C中，逐渐形成沉淀；反应完全后继续搅拌2小时，然后陈化4 小时；将此生成的沉淀洗涤，过滤，烘干，即得到所需要的纳米至微米尺寸分布的表面 改性草酸氧钛钙颗粒。
将所得到的表面改性草酸氧钛钙颗粒与二甲基硅油混合均匀，分别配制成表面改性 草酸氧钛钙颗粒的体积浓度为20%和40%的悬浮液体，得到本发明的表面改性草酸氧钛 钙电流变液。上述表面改性草酸氧钛钙颗粒形貌以及屈服应力与电场强度的关系分别如 附图l、 3所示。
实施例2
将0.05mol钛酸四丁酯在搅拌的条件下加入到乙醇溶液中配成摩尔比为1: 40的醇 溶液，并加入0.5ml冰醋酸防止钛酸四丁酯水解，得到溶液A;将0.05mo1氯化钙溶解 于无水乙醇中，配制成lmol/1的氯化钙溶液B;将O.lmol草酸溶解于去离子水中，配 制成lmo1/1草酸溶液，然后加入溶液的重量比2%的十二垸基苯磺酸钠，得到溶液C; 将溶液A和溶液B混合，得混合溶液AB;在剧烈搅拌的条件下,在5(TC的水浴中，将 混合液AB加入到溶液C中，逐渐形成沉淀；反应完全后继续搅拌2小时，然后陈化8 小时；将此生成的沉淀洗涤，过滤，烘干，即得到所需要的纳米至微米尺寸分布的改性 草酸氧钛钙颗粒。
将所得到的表面改性草酸氧钛钙颗粒与二甲基硅油混合均匀，分别配制成表面改性 草酸氧钛钙颗粒的体积浓度为20%和40%的悬浮液体，得到本发明的表面改性草酸氧钛 钙电流变液。上述表面改性草酸氧钛钙颗粒形貌以及屈服应力与电场强度的关系分别如 附图2、 4所示。
实施例3
将0.05mol钛酸四异丙酯在搅拌的条件下加入到乙醇溶液中配成摩尔比为1: 60的 醇溶液，并加入0.5ml冰醋酸防止钛酸四异丙酯水解，得到溶液A;将0.05mol乙酸钙溶解于无水乙醇中，配制成2mol/l的乙酸钙溶液B;将0.1mol草酸溶解于去离子水中， 配制成2mo1/1草酸溶液，然后加入溶液的重量比为5%的十二烷基苯磺酸钠，得到溶液C; 将溶液A和溶液B混合，得混合溶液AB;在剧烈搅拌的条件下，在20。C的水浴中，将 混合液AB加入到溶液C中，逐渐形成沉淀；反应完全后继续搅拌2小时，然后陈化 12小时；将此生成的沉淀洗涤，过滤，烘干，即得到所需要的纳米至微米尺寸分布的改 性草酸氧钛钙颗粒。
将所得到的表面改性草酸氧钛钙颗粒与羟基硅油混合均匀，分别配制成表面改性草 酸氧钛钙颗粒的体积浓度为20%和40%的悬浮液体，得到本发明的表面改性草酸氧钛钙 电流变液。当外加电场V=5.0kV/mm时，测得体积20%的电流变液的屈服强度为45kPa， 体积40%的电流变液的屈服强度为140kPa。
实施例4
将0.05mol钛酸四乙酯在搅拌的条件下加入到乙醇溶液中配成摩尔比为1: 20的醇 溶液，并加入0.5ml冰醋酸防止钛酸四乙酯水解，得到溶液A;将0.05mol硝酸钙溶解 于无水乙醇中，配制成0.5mo1/1的硝酸钙溶液B;将0.1mol草酸溶解于去离子水中，配 制成0.5mol/l草酸溶液，然后加入溶液的重量比为1%的十二烷基硫酸钠，得到溶液C; 将溶液A和溶液B混合，得混合溶液AB;在剧烈搅拌的条件下,在20'C的水浴中，将 混合液AB加入到溶液C中，逐渐形成沉淀；反应完全后继续搅拌2小时，然后陈化4 小时；将此生成的沉淀洗涤，过滤，烘干，即得到所需要的纳米至微米尺寸分布的改性 草酸氧钛钙颗粒。
将所得到的表面改性草酸氧钛钙颗粒与羟基硅油混合均匀，分别配制成表面改性草 酸氧钛钙颗粒的体积浓度为20%和40%的悬浮液体，得到本发明的表面改性草酸氧钛钙 电流变液。当外加电场V=5.0kV/mm时，测得体积比20%的电流变液的屈服强度为 42kPa， 体积比40%的电流变液的屈服强度为124kPa。
实施例5
将0.05mol钛酸四丁酯在搅拌的条件下加入到乙醇溶液中配成摩尔比为1: 40的醇 溶液，并加入0.5ml冰醋酸防止钛酸四丁酯水解，得到溶液A;将0.05mol乙酸钙溶解 于无水乙醇中，配制成lmol/1的乙酸钙溶液B;将O.lmol草酸溶解于去离子水中，配 制成lmol/1草酸溶液，然后加入溶液的重量比为3%的十六垸基三甲基溴化铵，得到溶 液C;将溶液A和溶液B混合，得混合溶液AB;在剧烈搅拌的条件下，在7(TC的水浴 中，将混合液AB加入到溶液C中，逐渐形成沉淀；反应完全后继续搅拌2小时，然后 陈化8小时；将此生成的沉淀洗漆，过滤，烘干，即得到所需要的纳米至微米尺寸分布 的改性草酸氧钛钙颗粒。将所得到的表面改性草酸氧钛钙颗粒与硅油混合均匀，分别配制成表面改性草酸氧 钛钙颗粒的体积浓度为20%和40%的悬浮液体，得到本发明的表面改性草酸氧钛钙电流 变液。当外加电场V二5.0kV/mm时，测得体积比20%的电流变液的屈服强度为50kPa， 体积比40%的电流变液的屈服强度为146kPa。
实施例6
将0.05mol四氯化钛在搅拌的条件下加入到乙醇溶液中配成摩尔比为1: 60的醇溶 液，并加入0.5ml冰醋酸防止四氯化钛水解，得到溶液A;将0.05mol硝酸钙溶解于无 水乙醇中，配制成2mo1/1的硝酸钙溶液B;将O.lmol草酸溶解于去离子水中，配制成 2mol/l草酸溶液，然后加入溶液的重量比为5%的硬脂酸钠，得到溶液C;将溶液A和 溶液B混合，得混合溶液AB;在剧烈搅拌的条件下，在7(TC的水浴中，将混合液AB加 入到溶液C中，逐渐形成沉淀；反应完全后继续搅拌2小时，然后陈化12小时；将此 生成的沉淀洗涤，过滤，烘干，即得到所需要的纳米至微米尺寸分布的改性草酸氧钛钙 颗粒。
将所得到的表面改性草酸氧钛钙颗粒与硅油混合均匀，分别配制成表面改性草酸氧 钛钙颗粒的体积浓度为20%和40%的悬浮液体，得到本发明的表面改性草酸氧钛钙电流 变液。当外加电场V二5.0kV/mm时，测得体积比20%的电流变液的屈服强度为47kPa， 体积比40%的电流变液的屈服强度为135kPa。
权利要求
1、一种表面改性草酸氧钛钙电流变液，其特征在于其是以纳米至微米尺寸的表面改性草酸氧钛钙颗粒作为分散相，均匀分散于硅油分散介质中形成悬浮液体，其中，表面改性草酸氧钛钙颗粒的体积浓度为20～40％。
2、 根据权利要求1所述的改性草酸氧钛钙复合粉体电流变液，其特征在于所述 硅油选自二甲基硅油或羟基硅油。
3、 一种表面改性草酸氧钛钙电流变液的制备方法，其特征在于包括下述步骤(1) 将含钛化合物在搅拌的条件下加入到乙醇溶液中配成摩尔比为1: 20 60的醇 溶液，并加入适量冰醋酸防止含钛化合物水解，得到溶液A;(2) 将钙盐在搅拌的条件下加入到乙醇溶液中，配成浓度为0.5 2mol/L的醇溶液， 得到溶液B;(3) 把草酸溶于去离子水或者水和乙醇的混合液中，配成浓度为0.5 2mol/L的草酸 溶液，然后按草酸溶液重量的1~5%的比例加入表面活性剂，得到溶液C;(4) 将溶液A和溶液B混合，其中含钛化合物和钙盐摩尔比为1: 1，得混合溶液 AB;(5) 在搅拌的条件下，在20 7(TC的水浴中将混合液AB加入到溶液C中，其中草 酸和含钛化合物的摩尔比为2:1，形成沉淀；反应完全后继续搅拌1 2小时，然后 陈化4 12小时；将生成的沉淀洗涤，过滤，烘干，即得到所需要的纳米至微米尺 寸分布的表面改性草酸氧钛钙颗粒；(6) 将所得到的表面改性草酸氧钛钙颗粒与硅油混合均匀，配制成表面改性草酸氧 钛f丐颗粒体积浓度为20~40%的悬浮液体，即得到改性草酸氧钛钙电流变液。
4、 根据权利要求3所述的改性草酸氧钛钙电流变液的制备方法，其特征在于所述 的表面改性剂为十二垸基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、硬脂酸钠或十六垸基三甲基 溴化铵。
5、 根据权利要求3所述的改性草酸氧钛钙电流变液的制备方法，其特征在于所 述的含钛化合物为钛酸四丁酯、四氯化钛、钛酸四乙酯或钛酸四异丙酯。
6、 如权利要求3所述的改性草酸氧钛钙电流变液的制备方法，其特征在于所述 钙盐为氯化钙、硝酸钙或乙酸钙。
全文摘要
本发明涉及一种改性草酸氧钛钙电流变液，该改性草酸氧钛钙电流变液是以纳米至微米尺寸的改性草酸氧钛钙作为分散相，均匀分散于硅油中配制成的悬浮液体；其特征在于在利用共沉淀法制备草酸氧钛钙过程中通过添加不同含量不同种类的表面活性剂，得到纳米至微米尺寸分布的改性草酸氧钛钙粉体，不仅改善了粉体形貌以及粉体与硅油的浸润性，而且提高了电流变液的屈服应力，具有强电流变效应，5KV/mm直流电场下最高可达155KPa，电流变液零场黏度低，因而具有高的电流变效率，并且成本低廉，制备工艺简单，周期短。
文档编号C10N40/16GK101575544SQ200910099360
公开日2009年11月11日 申请日期2009年6月3日 优先权日2009年6月3日
发明者刘丰华, 刘雪辉, 吴敬华, 平 崔, 程昱川, 许高杰, 郭建军 申请人:中国科学院宁波材料技术与工程研究所