本發(fā)明涉及一種材料的制備方法，具體涉及一種抗沖擊剪切增稠液體凝膠的制備方法，屬于膠體材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

剪切增稠凝膠是一種由剪切增稠液體(STF液體)與聚合物凝膠基體原位復(fù)合形成的凝膠材料，具有受沖擊吸能的特征，但不具有流動(dòng)性。剪切增稠液體(STF液體)是一種高固相含量的固液懸浮體系，平時(shí)呈現(xiàn)流動(dòng)液態(tài)，受到?jīng)_擊時(shí)液體瞬間變成堅(jiān)硬固體。剪切增稠是指在非牛頓流體中表現(xiàn)粘度隨剪切速率的增大而增大的現(xiàn)象。

這種剪切增稠凝膠通常狀態(tài)下柔韌有彈性，當(dāng)受到?jīng)_擊力時(shí)，內(nèi)部無(wú)機(jī)納米顆粒相互碰撞聚集，凝膠瞬間變得極其堅(jiān)硬，吸收耗散沖擊能量達(dá)到?jīng)_擊防護(hù)效果；外力消失后，凝膠恢復(fù)柔軟狀態(tài)。因此，這種剪切增稠凝膠在防彈衣、裝甲，頭盔及護(hù)具等沖擊防護(hù)領(lǐng)域具有軍事應(yīng)用價(jià)值；同時(shí)，在手機(jī)保護(hù)套，阻尼減振、變速箱液力耦合裝置、車輛懸架系統(tǒng)、抗沖擊減震包裝、護(hù)腿板、摩托車服、芭蕾舞鞋等民用裝備、運(yùn)動(dòng)護(hù)具方面也具有廣泛的應(yīng)用前景。隨著社會(huì)發(fā)展，對(duì)生命安全的重視程度不斷提高，剪切增稠凝膠在安全防護(hù)具有方面很重要的實(shí)際意義。自1999年英國(guó)科學(xué)家理查德-帕爾默提出保護(hù)人體的剪切增稠材質(zhì)概念以來(lái)，剪切增稠材料一直是人們研究的最熱新型功能材料之一。

目前，英國(guó)tech 21公司已制備出的D30凝膠(一種非牛頓流體物質(zhì)，其外形像兒童喜愛(ài)的彈性橡皮泥，能夠?qū)F重科技產(chǎn)品起到保護(hù)作用)，它被用于一系列的碰撞沖擊保護(hù)設(shè)施，但它的配方仍屬于商業(yè)機(jī)密，難以仿制。

從大量的文獻(xiàn)報(bào)道來(lái)看，關(guān)于剪切增稠液的制備文章較多，而關(guān)于剪切增稠凝膠制備的文章則是空白。剪切增稠液體(簡(jiǎn)稱STF液體)通常為濃縮的膠質(zhì)懸浮液，具有流動(dòng)性，在迅速增加的剪切應(yīng)力下，粒子剛性結(jié)構(gòu)簇的形成，液體粘度急劇的增加，甚至由液體轉(zhuǎn)變成固體，以從而耗散沖擊力達(dá)到保護(hù)目的，并且此過(guò)程可逆?，F(xiàn)有STF液體的制備是將納米粒子超聲分散在低粘度的高分子液體中得到具有流動(dòng)性和一定粘度的高固含量懸浮體系，高分子液體為低分子量液體。但是STF液體往往由于高固相含量納米粒子的存在導(dǎo)致納米粒子容易團(tuán)聚，導(dǎo)致STF膠質(zhì)懸浮體系容易沉降而不穩(wěn)定。并且由于其液體流動(dòng)性和易滲漏特性，使用非常不方便，很大程度上限制了STF液體的實(shí)際應(yīng)用范圍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

由于STF液體中高固相的粒子團(tuán)聚，使得STF體系不穩(wěn)定，實(shí)際應(yīng)用中易失效。本發(fā)明針對(duì)剪切增稠液體容易沉降不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，提供了一種剪切增稠液體凝膠及其制備方法。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種抗沖擊剪切增稠液體凝膠的制備方法，是以丙烯酸及其丙烯酸酯衍生物、STF液體為原料，在一定溫度環(huán)境下，加入引發(fā)劑進(jìn)行自由基聚合反應(yīng)，獲得分散均勻的剪切增稠凝膠。

本發(fā)明的原理是：在一定溫度環(huán)境下，以氧化/還原引發(fā)劑體系作為活性單體引發(fā)劑，將丙烯酸及其衍生物、STF液體以一定比例混合均勻，脫泡后，保持密閉隔絕空氣靜置，進(jìn)行自由基聚合反應(yīng)，從而得到以聚丙烯酸衍生物為骨架結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，分散介質(zhì)為STF液體的剪切增稠凝膠。實(shí)際運(yùn)用中可以通過(guò)調(diào)節(jié)STF液體與聚合物網(wǎng)絡(luò)的比例來(lái)調(diào)控剪切增稠凝膠的抗沖擊性能。

更詳細(xì)的制備過(guò)程如下：

一種抗沖擊剪切增稠液體凝膠的制備方法，將1～10重量份的丙烯酸、聚乙二醇(400)二丙烯酸酯、聚乙二醇(6)單甲基丙烯酸酯中的任意一種或幾種混合物；10～15重量份的丙烯酸β羥乙酯、丙烯酸異辛酯、丙烯酸丁酯中的任意一種或幾種混合物；以及30～90重量份的STF液體在反應(yīng)容器中混合；加入占混合物總重量0.15％～2％的引發(fā)劑引發(fā)反應(yīng)，控制反應(yīng)溫度在10～80℃之間，攪拌混合均勻，脫泡；靜置，待固化反應(yīng)完畢，即獲得均勻穩(wěn)定的剪切增稠凝膠。

更進(jìn)一步的方案是：所述引發(fā)劑為自由基聚合引發(fā)劑。

更進(jìn)一步的方案是：所述的自由基聚合引發(fā)劑為過(guò)氧化二苯甲酰(BPO)或者偶氮二異丁腈(AIBN)。

更進(jìn)一步的方案是：所述的引發(fā)劑為BPO和N,N-二甲基苯胺的混合物。

更進(jìn)一步的方案是：所述的STF溶液是以溶液凝膠方法制備納米二氧化硅作為分散相，極性溶液作為分散介質(zhì)制備而成的，具體制備方法不屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍，可以參照《剪切增稠流體的制備及其在軟體防刺材料中的應(yīng)用研究》，《剪切增稠液體的制備及沖擊減震性能研究》等文獻(xiàn)，在此不再贅述。

本發(fā)明克服了傳統(tǒng)剪切增稠液易沉降的缺點(diǎn)，并且制備方法易操作，工藝穩(wěn)定性好，容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。由于STF液體為高固相含量的納米粒子和聚合物液體構(gòu)成的懸浮不穩(wěn)定體系，隨時(shí)間的增加會(huì)發(fā)生顆粒的團(tuán)聚和沉降；將STF液體加入聚合物凝膠基體形成STF凝膠后，STF液體在聚合物基體中分散成微膠囊(或細(xì)胞狀)結(jié)構(gòu)，因此不會(huì)發(fā)生團(tuán)聚和沉降。本發(fā)明制備的剪切增稠凝膠既具備剪切增稠效果，又因?yàn)楠?dú)特的三維網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)，使得內(nèi)部的無(wú)機(jī)納米粒子分布均勻，只能在網(wǎng)狀凝膠骨架約束空間運(yùn)動(dòng)，長(zhǎng)時(shí)間放置也不會(huì)沉降，大大改善了穩(wěn)定性，并且可以制成特定形狀，克服了STF液體流動(dòng)、滲漏和不能成型的缺點(diǎn)。本發(fā)明制備的剪切增稠凝膠，分散均勻，不易沉降，剪切增稠效果好。而且本發(fā)明的制備工藝穩(wěn)定性好、能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明制備的STF凝膠結(jié)構(gòu)示意圖

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明的生產(chǎn)技術(shù)對(duì)于具有材料化學(xué)專業(yè)背景的人員而言是容易實(shí)施的。下例實(shí)施中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，通常按照常規(guī)條件。STF液體和丙烯酸系聚合物網(wǎng)絡(luò)的比例、STF液體中無(wú)機(jī)粒子和聚乙二醇之間的比例，丙烯酸和丙烯酸酯衍生物之間的比例在一定范圍內(nèi)改變，可制得有性能差別的剪切增稠凝膠。

實(shí)施例1

一種抗沖擊剪切增稠液體凝膠的制備方法，包括如下步驟：

(1)稱取丙烯酸0.5g，丙烯酸β羥乙酯4.5g加入100ml燒杯中攪拌均勻。

(2)稱取20gSTF液體(如含有納米二氧化硅顆粒的聚乙二醇懸浮液)，加入到丙烯酸和丙烯酸β-羥乙酯的混合液中，攪拌均勻。

(3)將0.06g過(guò)氧化二苯甲酰和0.02g N,N-二甲基苯胺加入上述混合液中，攪拌均勻，控制反應(yīng)溫度在20℃。

(4)靜置放置，直到反應(yīng)混合液不再流動(dòng)，約半小時(shí)后形成STF凝膠。

(5)利用上述方法可以制得分散均勻的剪切增稠凝膠。

實(shí)施例2

一種抗沖擊剪切增稠液體凝膠的制備方法，包括如下步驟：

(1)稱取聚乙二醇(400)二丙烯酸酯0.5g，丙烯酸異辛酯5g加入100ml燒杯中攪拌均勻。

(2)稱取20gSTF液體(如含有納米二氧化硅顆粒的聚乙二醇懸浮液)，加入到丙烯酸和丙烯酸β-羥乙酯的混合液中，攪拌均勻。

(3)將0.07g過(guò)氧化苯甲酰加入上述混合液中，攪拌均勻，控制反應(yīng)溫度在40℃。

(4)靜置放置，直到反應(yīng)混合液不再流動(dòng)，形成STF凝膠。

(5)利用上述方法可以制得分散均勻的剪切增稠凝膠。

實(shí)施例3

一種抗沖擊剪切增稠液體凝膠的制備方法，包括如下步驟：

(1)稱取丙烯酸0.7g，丙烯酸β羥乙酯和丙烯酸異辛酯等重量的混合物4.4g加入100ml燒杯中攪拌均勻。

(2)稱取22gSTF液體(如含有納米二氧化硅顆粒的聚乙二醇懸浮液)，加入到丙烯酸和丙烯酸β-羥乙酯的混合液中，攪拌均勻。

(3)將0.06g偶氮二異丁腈加入上述混合液中，攪拌均勻，控制反應(yīng)溫度在30℃。

(4)靜置放置，直到反應(yīng)混合液不再流動(dòng)，形成STF凝膠。

(5)利用上述方法可以制得分散均勻的剪切增稠凝膠。

本發(fā)明實(shí)施例制備的STF凝膠結(jié)構(gòu)示意圖如附圖1所示，從附圖1可以看出，本發(fā)明制備的剪切增稠凝膠具有三維網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)，將內(nèi)部的粒子約束在三維網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)內(nèi)部，不會(huì)沉降，穩(wěn)定性高。

盡管這里參照本發(fā)明的解釋性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，上述實(shí)施例僅為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)計(jì)出很多其他的修改和實(shí)施方式，這些修改和實(shí)施方式將落在本申請(qǐng)公開(kāi)的原則范圍和精神之內(nèi)。