[发明专利]一种基于离子液体的剪切增稠液及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于离子液体的剪切增稠液及其制备方法，所述增稠液包含聚合物颗粒、咪唑基离子液体。本发明方法简便易行，容易操作，无污染。本发明方法所制备的剪切增稠液，具有良好的剪切增稠性，可作用于织物，提高其抗冲击和拉伸性能。

技术领域

本发明属于剪切增稠液及其制备领域，特别涉及一种基于离子液体的剪切增稠液及其制备方法。

背景技术

剪切增稠液(STF)是一种非牛顿流体，是将纳米或微米尺度的颗粒分散到极性介质中，所形成的浓缩颗粒悬浮液。在适当剪切条件下，其粘度随着剪切速率的增大而显著增加。通常这种粘度的增加可达几个数量级，且响应速度快、过程可逆，当应力撤去时流体恢复到初始状态。在高速冲击下，STF甚至会由可流动的液体状态变成类固体状态。近年来，研究者对STF的组成、影响剪切增稠的因素和其剪切增稠的机理进行了深入的研究，初步掌握了剪切增稠产生的原因和作用机理，即粒子簇机理：粒子在剪切力或者长程流体力作用下克服粒子间斥力而聚集，形成体积较大的粒子聚集体，分散体系的表观粘度增加，如图1所示。之后，研究者开始利用其剪切增稠的特性开发软体防护服、滑雪缓冲设备、液力涡合器、转速限制器、减振器等阻尼和控制设备。分散体系剪切增稠的粒子簇机理，如图1所示。

现有STF的研究和应用大多基于SiO₂颗粒/PEG制备STF，但以纳米SiO₂作为分散相时，由于其表面含有大量的-OH，使得纳米SiO₂颗粒之间容易通过羟基间氢键的作用而团聚，从而降低了SiO₂颗粒在分散介质中的分散性，无法制备高含量的STF，且以纳米SiO₂为分散相的STF，一般表现为连续性剪切增稠(CST)行为，即随着剪切速率增加，粘度变化迟缓，粘度增加幅度小，可利用价值低。而且，以SiO₂颗粒制备STF的密度较大，不利于材料减重的需求。除此之外，关于STF分散介质的研究大多仍以小分子溶剂或低聚合度有机介质为主，比如水、乙二醇、丙三醇和聚乙二醇等。虽然这些分散介质基本上都具有较好的物理化学稳定性和环境友好等性质，但制备出的STF功能单一。

CN104327795A公开了一种剪切增稠液的制备方法，是以纳米二氧化硅为分散相，乙二醇和聚乙二醇为分散介质制得的STF，剪切增稠效果并不明显。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于离子液体的剪切增稠液及其制备方法，克服现有技术制备出的STF功能单一，剪切增稠效果不明显的技术缺陷，本发明以不同粒径的聚合物分散相分散在离子液体分散介质中获得。

本发明提供一种剪切增稠液，所述增稠液包含聚合物颗粒、咪唑基离子液体。

所述聚合物颗粒为聚甲基丙烯酸甲酯PMMA颗粒；咪唑基离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐[BMIM]PF₆，所述增稠液体系中聚合物颗粒浓度为2wt％～10wt％。

所述聚甲基丙烯酸甲酯PMMA颗粒由下列方法制备：采用无皂乳液聚合法，反应方程式如图2所示。

具体为：将NaCl，处理过的MMA和去离子水加入到装配有冷凝管、氮气导管和机械搅拌的四口烧瓶中，在300rpm搅拌下通氮气驱氧15min。将溶有过硫酸钾(KPS)的水溶液加入到烧瓶中，然后升温到70℃开始聚合。反应4h后，冷却至室温，聚合物乳液通过离心分离，除去上层清液，并用乙醇和去离子水交替清洗多次，40℃真空干燥得到PMMA，通过改变引发剂用量可以制得不同粒径的PMMA；其中NaCl、MMA的质量比为1:200；引发剂过硫酸钾KPS的用量为0.2-0.4wt.％。