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其粘度發(fā)生快速、劇烈、非線性增加的現(xiàn)象。這種粘度的增加通常會達到幾個數(shù)量級，響應時間非常短（毫秒量級）。并且這種行為是完全可逆的，當應力撤除時粘度會立即恢復到初始狀態(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。納米粒子的種類可以是無機粒子（如二氧化硅、二氧化鈦、碳酸鈣等）或者有機高分子聚合物粒子（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到50％以上才會觀察到宏觀的剪切增稠現(xiàn)象。由于剪切增稠液的非線性粘度特性，它被廣泛應用在防震減震、能量吸收、速度控制和人體防護等領(lǐng)域。為了更好的應用剪切增稠液，需要制備綜合性能更好、效應更高的剪切增稠液，并對其影響和控制因素進行研究。
　

3、　 本論文的目的是獲得可實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．對剪切增稠液的研究進展進行了較全面的綜述。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的各種因素。包括分散相的種類、分散相的體積分數(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、添加劑和外加場對剪切增稠效應的影響。并且還介紹了關(guān)于剪切增稠機理的幾種解釋以及剪切增稠液在實際中應用的例子等。
　　 2．用無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。對所制備的剪切增稠液進行流變性能的測試，發(fā)現(xiàn)其擁有很高的剪切增稠效應。通過改變制備時的實驗參數(shù)，可以得到具有不同剪切增稠效

5、應的濃懸浮體系。并且還研究了體積分數(shù)、溫度、放置時間等因素對剪切增稠效應的影響，為剪切增稠液的實際應用提供參考。
　　 3．研究了各種表面活性劑對聚苯乙烯-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。實驗結(jié)果表明陽離子表面活

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，十二烷基硫酸鈉對剪切增稠效應的增強有一最佳值，添加的質(zhì)量分數(shù)為3%時對剪切增稠效應的增強效果最好；而兩性離子表面活性劑和非離子表面活性劑對剪切增稠效應都有增強作用，其中非離子表面活性劑曲拉通X-100對剪切增稠效應的增強作用最明顯，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5倍。
　　 4．研究了酸、

7、堿性物質(zhì)對聚苯乙烯．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，進而改變粒子間的相互作用力，影響其剪切增稠效應。體系的pH值越接近等電點，臨界剪切速率越低，且剪切增稠效應與pH值和酸、堿性物質(zhì)的種類有關(guān)。同時，隨著體系pH值接近等電點，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。對鉬