基于高分子聚合物的剪切增稠液的制備及影響因素研究.pdf

1、剪切增稠(shearthickening)是指體系受到外力作用時(shí)其粘度發(fā)生快速、劇烈、非線(xiàn)性增加的現(xiàn)象。這種粘度的增加通常會(huì)達(dá)到幾個(gè)數(shù)量級(jí)，響應(yīng)時(shí)間非常短（毫秒量級(jí)）。并且這種行為是完全可逆的，當(dāng)應(yīng)力撤除時(shí)粘度會(huì)立即恢復(fù)到初始狀態(tài)。剪切增稠現(xiàn)象普遍存在于濃的膠體懸浮體系中，剪切增稠液(shearthickeningfluid，STF)即是指具有剪切增稠行為的懸浮體系。常見(jiàn)的剪切增稠液一般是由單分散、穩(wěn)定的球形納米粒子分散在乙二醇、聚乙二

2、醇等極性介質(zhì)中形成的懸浮體系。納米粒子的種類(lèi)可以是無(wú)機(jī)粒子（如二氧化硅、二氧化鈦、碳酸鈣等）或者有機(jī)高分子聚合物粒子（如聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酰胺等）。剪切增稠液中的分散相濃度一般要達(dá)到50％以上才會(huì)觀察到宏觀的剪切增稠現(xiàn)象。由于剪切增稠液的非線(xiàn)性粘度特性，它被廣泛應(yīng)用在防震減震、能量吸收、速度控制和人體防護(hù)等領(lǐng)域。為了更好的應(yīng)用剪切增稠液，需要制備綜合性能更好、效應(yīng)更高的剪切增稠液，并對(duì)其影響和控制因素進(jìn)行研究。
　

3、　 本論文的目的是獲得可實(shí)用的高分子聚合物剪切增稠體系，明晰影響剪切增稠液性能的主要因素。本文的主要工作為單分散球形納米聚合物粒子的制備及表征、高剪切增稠效應(yīng)且性質(zhì)穩(wěn)定可控的剪切增稠液的制備以及其影響因素的研究。具體內(nèi)容如下：
　　 1．對(duì)剪切增稠液的研究進(jìn)展進(jìn)行了較全面的綜述。介紹了剪切增稠現(xiàn)象和剪切增稠液的制備，概述了前人的研究工作，總結(jié)了影響剪切增稠效應(yīng)的各種因素。包括分散相的種類(lèi)、分散相的體積分?jǐn)?shù)、分散相的尺寸和粒度分

4、布、分散相粒子間的相互作用、分散介質(zhì)的粘度、添加劑和外加場(chǎng)對(duì)剪切增稠效應(yīng)的影響。并且還介紹了關(guān)于剪切增稠機(jī)理的幾種解釋以及剪切增稠液在實(shí)際中應(yīng)用的例子等。
　　 2．用無(wú)皂乳液聚合的方法合成了單分散性好、粒徑分布窄的納米聚苯乙烯-丙烯酸乙酯共聚物微球，并將其分散在己二醇、聚乙二醇等極性溶劑中制備了剪切增稠液。對(duì)所制備的剪切增稠液進(jìn)行流變性能的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)其擁有很高的剪切增稠效應(yīng)。通過(guò)改變制備時(shí)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，可以得到具有不同剪切增稠效

5、應(yīng)的濃懸浮體系。并且還研究了體積分?jǐn)?shù)、溫度、放置時(shí)間等因素對(duì)剪切增稠效應(yīng)的影響，為剪切增稠液的實(shí)際應(yīng)用提供參考。
　　 3．研究了各種表面活性劑對(duì)聚苯乙烯-烯酸乙酯共聚物剪切增稠液流變性質(zhì)的影響。所研究的表面活性劑包括：陽(yáng)離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨，兩性離子表面活性劑十四烷基磺基甜菜堿，陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉，十二烷基苯磺酸鈉，2-乙基己基琥珀酸酯磺酸鹽和非離子表面活性劑曲拉通X-100。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明陽(yáng)離子表面活

6、性劑使得分散相粒子發(fā)生絮凝，初始粘度變得很大，剪切增稠效應(yīng)消失；幾種不同的陰離子表面活性劑具有相近的臨界剪切速率，十二烷基硫酸鈉對(duì)剪切增稠效應(yīng)的增強(qiáng)有一最佳值，添加的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時(shí)對(duì)剪切增稠效應(yīng)的增強(qiáng)效果最好；而兩性離子表面活性劑和非離子表面活性劑對(duì)剪切增稠效應(yīng)都有增強(qiáng)作用，其中非離子表面活性劑曲拉通X-100對(duì)剪切增稠效應(yīng)的增強(qiáng)作用最明顯，加入2%的曲拉通X-100可以使剪切增稠液的最大粘度增大達(dá)5倍。
　　 4．研究了酸、

7、堿性物質(zhì)對(duì)聚苯乙烯．丙烯酸乙酯共聚物剪切增稠液流變性質(zhì)的影響。向剪切增稠體系加入酸性或堿性物質(zhì)，改變分散相粒子的表面電荷，進(jìn)而改變粒子間的相互作用力，影響其剪切增稠效應(yīng)。體系的pH值越接近等電點(diǎn)，臨界剪切速率越低，且剪切增稠效應(yīng)與pH值和酸、堿性物質(zhì)的種類(lèi)有關(guān)。同時(shí)，隨著體系pH值接近等電點(diǎn)，體系有更大的絮凝傾向，剪切增稠體系的初始粘度增加。
　　 5．用超聲輻射的方法合成了鉬酸鍶微米材料，并將其分散在硅油中制各了電流變液。對(duì)鉬