[发明专利]剪切增稠流体微胶囊、增韧高分子材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种剪切增稠流体微胶囊、增韧高分子材料及其制备方法和应用。

背景技术

剪切增稠流体(Shear Thickening Fluid，简称STF)是一种非牛顿流体。该流体的粘度与剪切速率密切相关，当剪切速率超过某一临界值时，其粘度能够急剧增大，即产生所谓的剪切增稠。剪切增稠流体是一种由分散相粒子和分散介质组成的新型功能材料。分散相粒子可以是天然存在的矿物质，也可以是化学合成的聚合物，如二氧化硅和其它氧化物、碳酸钙、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等。粒子的形状包括球体、椭圆体、圆盘状颗粒等，这些粒子可以通过电荷作用、布朗运动、吸收表面活性剂、接枝聚合物形成例如聚合电解质等，稳定分散在溶液中。其分散状态包括单分散、双分散或多分散。分散介质可以是水、盐溶液、有机物(乙烯基乙醇、聚乙二醇或乙醇)、矿物油等，也可以是加有表面活性剂和低聚物的几种互溶溶剂的复配体。

剪切增稠液体在高速冲击下，表观粘度能够发生巨大变化，甚至由液相转变成固相，从而呈现出固体的抗冲击性能，而当冲击力消除之后又能够迅速从固相转变成液相，其剪切增稠效应是可逆的。根据此特性，可将剪切增稠流体应用于材料的抗冲击领域，例如用于防弹材料、防护设备和减振设备等的制造中。目前的研究和实验结果表明，剪切增稠流体在低剪切速率下，出现剪切变稀现象；而在高剪切速率下，出现剪切增稠现象。英国的Barnes根据这种实验现象，总结了“胀流流体”(即为剪切增稠流体)的剪切增稠现象。剪切增稠机理的研究已有相关的文献报道，尚未有利用剪切增稠效应增韧聚合物的相关报道和应用实例。

普通增韧剂在对高分子材料增韧时，所得到的复合增韧材料的冲击强度和断裂伸长率均能得到提高，但拉伸强度和模量都有所降低，且往往会提高熔体的粘度，不利于材料的后期加工成型。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于克服了现有技术中高分子材料抗冲击性能不佳、加工流动性不佳的缺陷，提供一种剪切增稠流体微胶囊、增韧高分子材料及其制备方法和应用。本发明的剪切增稠流体微胶囊能够实现高分子材料的增韧，提高高分子材料的冲击性能，同时不会提高熔体的粘度，能改善高分子材料的加工流动性。

本发明人在研发过程中，通过将剪切增稠流体微胶囊化，在保留剪切增稠流体的特性的同时，又利用微胶囊宜加工使用等特性来方便剪切增稠流体的加工应用。一般高分子材料与剪切增稠流体微胶囊经过熔融共混制成增韧高分子材料，利用剪切增稠流体受高速剪切(或高速冲击)后其粘度急剧增大、甚至转变为类固态物质的特性，使得该增韧高分子材料中呈分散相分布的剪切增稠流体吸收并耗散一部分能量，从而实现对材料基体的增韧。与通常的高分子材料相比，本发明的增韧高分子材料既具有优异的冲击性能，同时熔体粘度较常规的增韧高分子材料低，具备很好的加工流动性能。所述的增韧高分子材料在汽车、机械、家电、包装、日用品等领域中有着极大的应用前景。

由此，本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。

本发明提供了一种剪切增稠流体微胶囊的制备方法，其包括下述步骤：

(1)将20重量份的剪切增稠流体、75～79重量份的有机溶剂A和1～5份的乳化剂混合搅拌，得乳化液；其中，所述的剪切增稠流体包含分散相介质和分散相粒子，所述分散相介质和分散相粒子的重量比为19∶1～4∶1；所述乳化剂包含斯盘80(Span80)和吐温80(Tween80)；

(2)将所述乳化液和含异氰酸酯的有机溶剂B混合，所述乳化液、所述异氰酸酯和所述有机溶剂B的重量比为(67～70)∶(5～8)∶25，反应，过滤，洗涤，干燥，即得。

步骤(1)中，所述分散相介质可为剪切增稠流体中常规使用的分散相介质，较佳地为液态聚乙二醇和/或聚丙二醇。所述液态聚乙二醇和/或聚丙二醇的数均分子量较佳地为400～600。

步骤(1)中，所述分散相粒子可为剪切增稠流体中常规使用的分散相粒子，较佳地为纳米二氧化硅。所述分散相粒子的粒径较佳地为150～350nm。

本发明中，所述剪切增稠流体较佳地由下述方法制得：将所述分散相介质和所述分散相粒子混合，以2000～4000rpm的转速剪切乳化30～60min后，超声去泡，即得。所述超声去泡的时间较佳地为30～60min。

步骤(1)中，所述有机溶剂A可为常规使用的有机溶剂，较佳地为正辛烷。

步骤(1)中，所述斯盘80和吐温80的重量比较佳地为2∶1～5∶1，更佳地为3∶1。