本發(fā)明涉及電流變液領(lǐng)域，具體涉及一種納米二氧化鈦接枝乙烯基聚硅氧烷的電流變液及其制備方法。
背景技術(shù)：
電流變液是一種高介電常數(shù)、低電導(dǎo)率的固體顆粒分散于低介電常數(shù)的基礎(chǔ)液中的一種懸浮體系。在電場(chǎng)的作用下，其表觀粘度、剪切強(qiáng)度、粘彈性模量等能在毫秒級(jí)內(nèi)迅速發(fā)生變化，直至發(fā)生牛頓流體向類固態(tài)轉(zhuǎn)變的過(guò)程，同時(shí)這種變化還是可逆的、連續(xù)的和可控制的。
目前，電流變液均是采用先制備微粒，再加入到基液中攪拌合成來(lái)制備，但是微粒的分散性差，導(dǎo)致電流變液穩(wěn)定性差，難于滿足實(shí)際需求，而原位合成電流變液就不存在上述問(wèn)題，它是在基液中直接合成，避免了微粒的團(tuán)聚，分散性好，同時(shí)在基液中直接合成，微粒間不存在團(tuán)聚的因素，故其沉降穩(wěn)定性好，基本就不會(huì)沉降，在基液中直接合成電流變液對(duì)器件設(shè)計(jì)、控制具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
納米二氧化鈦（tio2）因其具有較高的介電常數(shù)且容易合成而成為納米電流變材料的研究熱點(diǎn)，但目前二氧化鈦顆粒主要是直接混合加入，與電流變液的相容性較差，易發(fā)生相分離，導(dǎo)致其性能指標(biāo)不能完全滿足工程應(yīng)用的要求。
張明、朱愛(ài)萍等人在其《納米二氧化鈦接枝聚硅氧烷電流變液的制備及性能研究》一文中，利用硅烷偶聯(lián)劑kh-570對(duì)納米tio2以及稀土離子摻雜tio2進(jìn)行表面修飾，使其帶有乙烯基有機(jī)碳鏈，能夠進(jìn)一步與乙烯基低聚硅氧烷基礎(chǔ)液發(fā)生一定程度的接枝反應(yīng)。
籠型倍半硅氧烷（poss）是一類以無(wú)機(jī)的si-o鍵為骨架結(jié)構(gòu)，外層帶有多個(gè)有機(jī)基團(tuán)r的雜化材料，作為一種新型材料具有比較特殊的結(jié)構(gòu)，其單體本身即為核殼結(jié)構(gòu)的有機(jī)無(wú)機(jī)雜化材料，因此，poss具有非常優(yōu)異的性能。si-o-si無(wú)機(jī)骨架使其具有較高的熱穩(wěn)定性，而有機(jī)基團(tuán)r則可通過(guò)合成調(diào)控從而獲得不同性能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種納米二氧化鈦接枝乙烯基聚硅氧烷的電流變液及其制備方法。
一種納米二氧化鈦接枝乙烯基聚硅氧烷的電流變液，其制備首先利用溶膠-凝膠結(jié)合水熱法成功合成了kh-570-tio2顆粒，在納米二氧化鈦顆粒表面引入乙烯基有機(jī)碳鏈；使用乙烯基三甲氧基硅烷為原料進(jìn)行水解縮聚反應(yīng)制得八乙烯基籠型倍半硅氧烷，以其為基體制備復(fù)合活性基液，之后進(jìn)一步與含有-c=c-基團(tuán)的納米二氧化鈦進(jìn)行原位接枝反應(yīng)，得到性能穩(wěn)定的電流變液。
具體步驟如下：
（1）硅烷偶聯(lián)劑kh-570修飾納米tio2：
室溫下將鈦酸四丁酯、硅烷偶聯(lián)劑kh-570、冰醋酸與無(wú)水乙醇均勻混合，記為a溶液；將無(wú)水乙醇、去離子水和鹽酸均勻混合，加入恒壓滴液漏斗中，緩慢滴加到劇烈攪拌的a溶液中，繼續(xù)攪拌，直至形成均勻透明的溶膠，將溶膠靜置于38-43℃下陳化至形成凝膠，在200℃下水熱反應(yīng)2-3天，所得產(chǎn)物用無(wú)水乙醇反復(fù)洗滌至濾液呈中性，室溫下真空干燥，粉碎處理得kh-570-tio2顆粒；
（2）八乙烯基籠型倍半硅氧烷的制備：
在三口瓶中加入乙烯基三甲氧基硅烷和無(wú)水甲醇，混合均勻得溶液b；將無(wú)水乙醇、去離子水和鹽酸均勻混合，加入恒壓滴液漏斗中，緩慢滴加到溶液b中，得到的混合液在35-45℃攪拌反應(yīng)4-6天，進(jìn)行抽濾，得白色固體粉末，即八乙烯基籠型倍半硅氧烷；
（3）制備復(fù)合活性基液：
將步驟（2）八乙烯基籠型倍半硅氧烷粉末經(jīng)四氫呋喃溶解，之后與氯化石蠟、甲基含氫硅油、羥基硅油混合均勻，之后加入十二烷基苯磺酸鈉經(jīng)超聲處理30-60分鐘后得到復(fù)合活性基液；
（4）電流變液的制備：
取上述制得的kh-570-tio2納米固體顆粒分散于上述復(fù)合活性基液，充分?jǐn)嚢?3-45分鐘，在90℃、n2氣氛保護(hù)下加入引發(fā)劑對(duì)苯二甲酰，攪拌反應(yīng)4.5-6小時(shí)，減壓蒸餾除去溶劑，得到穩(wěn)定的懸浮液，于60-70℃下真空干燥即得電流變液。
其中，所述步驟（3）中八乙烯基籠型倍半硅氧烷、氯化石蠟、甲基含氫硅油、羥基硅油與十二烷基苯磺酸鈉的質(zhì)量比為50:20:13:20:1。
其中，所述步驟（4）中引發(fā)劑對(duì)苯二甲酰的用量為kh-570-tio2納米固體顆粒重量百分比的1%。
其中，所述步驟（4）中kh-570-tio2顆粒占電流變液的重量百分比為8-26%。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）本發(fā)明首先利用溶膠-凝膠結(jié)合水熱法成功合成了kh-570-tio2顆粒，kh-570分子結(jié)構(gòu)一端的-och3-基團(tuán)與鈦酸四丁酯共水解縮合，在顆粒表面引入乙烯基團(tuán)，可以進(jìn)一步與聚合單體發(fā)生接枝反應(yīng)，從而制備出聚合物雜化納米材料，另外tio2顆粒表面的疏水性增強(qiáng)，降低了其表面張力，減輕團(tuán)聚現(xiàn)象，得到的電流變液具有良好的均勻性和穩(wěn)定性。
（2）本發(fā)明使用乙烯基三甲氧基硅烷為原料，以鹽酸溶液作為催化劑，進(jìn)行水解縮聚反應(yīng)制得八乙烯基籠型倍半硅氧烷，并與羥基硅油等復(fù)合制得乙烯基籠型倍半硅氧烷基液，之后與含有-c=c-基團(tuán)的納米二氧化鈦進(jìn)行原位接枝反應(yīng)，形成一種纏結(jié)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，當(dāng)給以施加電場(chǎng)后，二氧化鈦顆粒能夠定向排列而形成穩(wěn)定且規(guī)整的鏈狀結(jié)構(gòu)或纏結(jié)三維網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，在兩者協(xié)同作用下，有效阻礙了顆粒的沉降，提高電流變液的抗沉降穩(wěn)定性，達(dá)到優(yōu)異的穩(wěn)定性，形成有利于電場(chǎng)極化響應(yīng)的穩(wěn)定分散體。
具體實(shí)施方式
一種納米二氧化鈦接枝乙烯基聚硅氧烷的電流變液，其制備首先利用溶膠-凝膠結(jié)合水熱法成功合成了kh-570-tio2顆粒，在納米二氧化鈦顆粒表面引入乙烯基有機(jī)碳鏈；使用乙烯基三甲氧基硅烷為原料進(jìn)行水解縮聚反應(yīng)制得八乙烯基籠型倍半硅氧烷，以其為基體制備復(fù)合活性基液，之后進(jìn)一步與含有-c=c-基團(tuán)的納米二氧化鈦進(jìn)行原位接枝反應(yīng)，得到性能穩(wěn)定的電流變液。
具體步驟如下：
（1）硅烷偶聯(lián)劑kh-570修飾納米tio2：
室溫下將鈦酸四丁酯、硅烷偶聯(lián)劑kh-570、冰醋酸與無(wú)水乙醇均勻混合，記為a溶液；將無(wú)水乙醇、去離子水和鹽酸均勻混合，加入恒壓滴液漏斗中，緩慢滴加到劇烈攪拌的a溶液中，繼續(xù)攪拌，直至形成均勻透明的溶膠，將溶膠靜置于40℃下陳化至形成凝膠，在200℃下水熱反應(yīng)2天，所得產(chǎn)物用無(wú)水乙醇反復(fù)洗滌至濾液呈中性，室溫下真空干燥，粉碎處理得kh-570-tio2顆粒；
（2）八乙烯基籠型倍半硅氧烷的制備：
在三口瓶中加入乙烯基三甲氧基硅烷和無(wú)水甲醇，混合均勻得溶液b；將無(wú)水乙醇、去離子水和鹽酸均勻混合，加入恒壓滴液漏斗中，緩慢滴加到溶液b中，得到的混合液在40℃攪拌反應(yīng)5天，進(jìn)行抽濾，得白色固體粉末，即八乙烯基籠型倍半硅氧烷；
（3）制備復(fù)合活性基液：
將步驟（2）八乙烯基籠型倍半硅氧烷粉末經(jīng)四氫呋喃溶解，之后與氯化石蠟、甲基含氫硅油、羥基硅油混合均勻，之后加入十二烷基苯磺酸鈉經(jīng)超聲處理50分鐘后得到復(fù)合活性基液；
（4）電流變液的制備：
取上述制得的kh-570-tio2納米固體顆粒分散于上述復(fù)合活性基液，充分?jǐn)嚢?5分鐘，在90℃、n2氣氛保護(hù)下加入引發(fā)劑對(duì)苯二甲酰，攪拌反應(yīng)5小時(shí)，減壓蒸餾除去溶劑，得到穩(wěn)定的懸浮液，于65℃下真空干燥即得電流變液。
其中，所述步驟（3）中八乙烯基籠型倍半硅氧烷、氯化石蠟、甲基含氫硅油、羥基硅油與十二烷基苯磺酸鈉的質(zhì)量比為50:20:13:20:1。
其中，所述步驟（4）中引發(fā)劑對(duì)苯二甲酰的用量為kh-570-tio2納米固體顆粒重量百分比的1%。