技术领域
[0001] 本
发明涉及功能性材料技术领域，尤其是涉及一种具有高粘度散热耐紫外线剪切增稠液体及其制备方法。
背景技术
[0002] 剪切增稠液在一般情况下呈现液体或分散胶体的状态，当受到超过某一临界剪切或者冲击作用时，其粘度迅速上升，呈现出固体一般的抵抗能
力。当外力撤销后，剪切增稠液又恢复原来的状态，是一种可逆的
非牛顿
流体行为。其独特的剪切增稠特性使得STF广泛应用于各类防护材料。
[0003] STF是一种处于固、液混合状态的
纳米粒子溶液，由极其微小的
硅微粒分散悬浮在
有机溶剂中组成。在分散介质的选择上，通常要求其无毒、稳定不易变质、适应
温度范围广、黏度不太大且有一定的悬浮能力。常见的分散介质有乙二醇(EG)、丙二醇(PG)、丁二醇(BG)，最常用的为聚乙二醇(PEG)。
[0004] 随着对剪切增稠液体的深入研究，发现其剪切增稠特性在不同原料的配比中有不同的强弱，在抗压防震领域，剪切增稠特性越明显，成品效果越好。
发明内容
[0005] 针对
现有技术存在的上述问题，本发明
申请人提供了一种高粘度散热耐紫外线型剪切增稠液体及其制备方法。本发明制备工艺简便，生产成本低廉等优点，更重要的是剪切增稠效果显著，在剪切过程中粘度大，特性明显，而且有优良的导热性能，在剪切增稠液体制备的柔性防护材料的特性上有了新的突破。
[0006] 本发明的技术方案如下：
[0007] 一种高粘度散热耐紫外线型剪切增稠液，所述剪切增稠液体所含原料及各原料的
质量份数为：球形
二氧化硅140～160份，聚乙二醇400 30～50份，聚乙二醇800 10～20份，
石墨烯5～10份，蒙脱土1～4份。
[0008] 所述
石墨烯的粒径为2～10nm；所述球形
二氧化硅粒子的粒径为10～20nm，所述蒙脱土粒子的粒径在150～200nm。
[0009] 一种高粘度散热耐紫外线剪切增稠液体的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0010] (1)在25℃的温度下，将1～4份的蒙脱土、5～10份的石墨烯以及140～160份的球形纳米二氧化硅粒子加入到40～70份的聚乙二醇400和聚乙二醇800的混合溶液中，打开
超声波和恒速搅拌仪，
超声波为20000～30000Hz，恒速搅拌仪转速为1200r/min，每加入25份球形纳米二氧化硅粒子后再加入1份石墨烯，如此往复循环，最后加入1～4份的蒙脱土，分散60～100分钟，得到均匀的分散液；
[0011] (2)然后将步骤(1)所得分散液放置在
真空烘箱中，25～45℃温度下静置12～20小时，气泡去除，得到了稳定的高粘度散热耐紫外线剪切增稠液体；各原料以质量份数计。
[0012] 一种所述高粘度散热耐紫外线剪切增稠液体的应用，所述高粘度散热耐紫外线剪切增稠液体通过浸轧、
喷涂或塑封技术用于
纤维织物的复合。
[0013] 所述石墨烯经过预处理，所述预处理的方法为：将纳米尺寸的石墨烯与硅烷
偶联剂KH570混合，溶解在无
水乙醇中，经过超声分散，抽滤、真空干燥制得表面改性的纳米石墨。
[0014] 所述石墨烯与硅烷偶联剂KH570的质量比为1:5～20；所述无水乙醇的用量为石墨与硅烷偶联剂KH570总质量的15～30倍。
[0015] 所述石墨烯经过预处理之后再进行
冷冻干燥处理。
[0016] 所述蒙脱土经过阳离子
表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵进行处理，所述蒙脱土与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为5:3～3.5，蒙脱土与水溶液的质量比为20～30:1。
[0017] 本发明有益的技术效果在于：
[0018] 所用分散相除了常规的二氧化硅粒子，还加入了石墨烯。石墨烯是一种由蜂窝状
碳构成的
单层片状结构碳材料，厚度约为0.334nm，具有大的
比表面积、良好的热
稳定性和化学稳定性、较强的疏水性、易于进行化学修饰等优点，而且具有超高的热导率(约5000W·m-1·K-1)，这些性质使其在导热材料领域得到更好的应用。石墨烯是二维材料，其层间范德华作用力较弱，有优异的摩擦特性，所以其流动性能较一般剪切增稠液好，在剪切
应力的作用下，粒子团聚，由于石墨烯层之间
摩擦力较小，能带动二氧化硅粒子更快的团聚在一起，因此实现在较低的
剪切速率下达到临界粘度，而且粘度比一般剪切增稠液高，说明其在抗压减震方面效果更好。
[0019] 经过预处理的石墨烯进行了表面改性，石墨烯的分散是由于石墨烯与改性剂分子之间较大的空间位阻和较强的静电相互作用组合的结果，表面活性剂分子
吸附在石墨烯
片层两侧，依靠静电斥力或范德华力的作用，可有效避免石墨烯片层之间的团聚，使得石墨烯在溶液中分散得更加均匀。所加入的蒙脱土有很强的吸附能力和阳离子交换性能，耐紫外线性能很好。
附图说明
[0020] 图1为本发明制备方法的流程示意图。
[0021] 图2为本发明剪切增稠液体与织物复合的浸轧工艺示意图。
具体实施方式
[0022] 下面结合附图和
实施例，对本发明进行具体描述。
[0023] 实施例1
[0024] 一种高粘度散热耐紫外线剪切增稠液体的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0025] (1)在25℃的温度下，将1份的蒙脱土、5份的石墨烯以及140份的球形纳米二氧化硅粒子加入到30份的聚乙二醇400和10份的聚乙二醇800的混合溶液中，打开超声波和恒速搅拌仪，超声波为25000赫兹，恒速搅拌仪转速为1200r/min，每加入25份球形纳米二氧化硅粒子后再加入1份石墨烯，如此往复循环，最后加入1份的蒙脱土，分散80分钟，得到均匀的分散液；
[0026] (2)然后将步骤(1)所得分散液放置在真空烘箱中，30℃温度下静置16小时，气泡去除，得到了稳定的高粘度散热耐紫外线剪切增稠液体；各原料以质量份数计。
[0027] 实施例2
[0028] 一种高粘度散热耐紫外线剪切增稠液体的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0029] (1)在25℃的温度下，将2份的蒙脱土、7份的石墨烯以及150份的球形纳米二氧化硅粒子加入到40份的聚乙二醇400和15份的聚乙二醇800的混合溶液中中，打开超声波和恒速搅拌仪，超声波为25000赫兹，恒速搅拌仪转速为1200r/min，每加入25份球形纳米二氧化硅粒子后再加入1份石墨烯，如此往复循环，最后加入2份的蒙脱土，分散80分钟，得到均匀的分散液；
[0030] (2)然后将步骤(1)所得分散液放置在真空烘箱中，25℃温度下静置16小时，气泡去除，得到了稳定的高粘度散热耐紫外线剪切增稠液体；各原料以质量份数计。
[0031] 实施例3
[0032] 一种高粘度散热耐紫外线剪切增稠液体的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0033] (1)在25℃的温度下，将4份的蒙脱土、10份的石墨烯以及160份的球形纳米二氧化硅粒子加入到50份的聚乙二醇400和20份的聚乙二醇800的混合溶液中中，打开超声波和恒速搅拌仪，超声波为25000赫兹，恒速搅拌仪转速为1200r/min，每加入25份球形纳米二氧化硅粒子后再加入1份石墨烯，如此往复循环，最后加入4份的蒙脱土，分散80分钟，得到均匀的分散液；
[0034] (2)然后将步骤(1)所得分散液放置在真空烘箱中，25℃温度下静置16小时，气泡去除，得到了稳定的高粘度散热耐紫外线剪切增稠液体；各原料以质量份数计。
[0035] 所述石墨烯经过预处理，所述预处理的方法为：将0.2g纳米尺寸的石墨烯与2g硅烷偶联剂KH570混合，溶解在40g无水乙醇中，经过超声分散10h，然后抽滤，期间用无水乙醇清洗
滤饼；将滤饼放入真空干燥箱中，在80℃下真空干燥4h，
粉碎滤饼即得到表面改性纳米石墨，即所述石墨烯。
[0036] 所述石墨烯经过预处理之后进行冷冻干燥处理，温度为-30℃，压强为5帕。
[0037] 所述蒙脱土经过改性，所述改性方法为：向300份水溶液中加入10份蒙脱土，置于烘箱中加热到70℃，1h后取出，使用恒速搅拌仪搅拌2h，再加入6份十六烷基三甲基溴化铵，继续搅拌2h，静置1h后取出，放入80℃的烘箱中，12h后取出，即可得所述蒙脱土。
[0038] 实施例4
[0039] 一种高粘度散热耐紫外线剪切增稠液体的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0040] (1)在25℃的温度下，将4份的蒙脱土、10份的石墨烯以及160份的球形纳米二氧化硅粒子加入到50份的聚乙二醇400和20份的聚乙二醇800的混合溶液中，打开超声波和恒速搅拌仪，超声波为25000赫兹，恒速搅拌仪转速为1200r/min，每加入25份球形纳米二氧化硅粒子后再加入1份石墨烯，如此往复循环，最后加入4份的蒙脱土，分散80分钟，得到均匀的分散液；
[0041] (2)然后将步骤(1)所得分散液放置在真空烘箱中，25℃温度下静置16小时，气泡去除，得到了稳定的高粘度散热耐紫外线剪切增稠液体；各原料以质量份数计。
[0042] 所述蒙脱土经过改性，所述改性方法为：向300份水溶液中加入10份蒙脱土，置于烘箱中加热到70℃，1h后取出，使用恒速搅拌仪搅拌2h，再加入6份十六烷基三甲基溴化铵，继续搅拌2h，静置1h后取出，放入80℃的烘箱中，12h后取出，即可得所述蒙脱土。
[0043] 对比例
[0044] 将150质量份的12nm球形二氧化硅粒子逐渐加入50质量份的聚乙二醇溶液中。在25℃的温度下，经超声波和恒速搅拌仪，超声波为20000赫兹，恒速搅拌仪转速1200r/min，分散均匀后，将其放置在真空烘箱，25℃温度下静置10小时，去除气泡，最终得到物理化学性能稳定的剪切增稠液。
[0045] 测试例：
[0046] 1、粘度测试：打开旋转流变仪，把测量
转子连接到测量头上，等待主机自动识别出转子型号。进行零间隙校正，完成后，单击“↑”按钮使测量头抬起一定高度，把适量样品加控温下板的中心
位置。单击“↓”按钮，测试转子下降，根据提示清理转子周围多余的样品。清理完成后，让椎板降到测量位置。测试程序设定好后，开始测试实施例及对比例所得产品的粘度，测试结果如下表1所示。
[0047] 表1
[0048]
[0049]
[0050] 由表格可以看出对比例的起始粘度是实施例1起始粘度的2～3倍，实施例2起始粘度的3～4倍，实施例3起始粘度的5～6倍，这是由于加入了石墨烯，石墨烯的本身
摩擦系数仅为0.01，而石墨烯是二维材料，层与层间容易出现滑移，因此实施例的起始粘度较小。由上表可以看出实施例3的最大粘度最大，石墨烯理论
杨氏模量达1.0TPa，固有的拉伸强度为130GPa，其强大的力学性能，能给剪切增稠液体的强度提供有力的支持。石墨烯的粒径较小，属于
纳米级，容易渗透分散到分散介质中去，提高粒子的使用效果，而且石墨烯是片层结构，有利于增稠阶段粒子间的团聚，有利于渗透进入球状的二氧化硅粒子之间，提高剪切增稠的效果。当石墨烯用量过多时，由于层间的π-π间作用，石墨烯易团聚，分散性不好，所以最大粘度会下降。但是实施例3所述石墨烯经过预处理之后，分散性能有所提高。所以实施例3在强度方面效果最好，实施例4次之。
[0051] 2、将实施例及对比例所得剪切增稠液通过浸轧技术与超高分子量聚乙烯平稳织物进行复合，浸轧具体工艺为，采用三浸三压的方式，上下压辊压强为0.2MPa，压辊转速为1rad/s；分别置于相同的
箱体上，用相同的
光源(275W红外灯模拟太阳光中的红外光源)照射箱体，测试箱体内的温度，测所得产品性能测试结果如表2所示。
[0052] 表2
[0053]时间/min 0 20 40 60
实施例1温度/℃ 25 35 41 55
实施例2温度/℃ 25 36 43 58
实施例3温度/℃ 25 41 47 62
实施例4温度/℃ 25 39 44 60
对比例温度/℃ 25 30 36 47
[0054] 由表格可以看出，随着时间的增加，实施例和对比例的温度都在增加，实施例增长幅度更大一些，这是因为实施例中加入了石墨烯，而石墨烯具有优良的导热性能，所以实施例的剪切增稠液也有优良的导热性能。
[0055] 3、将实施例及对比例所得剪切增稠液涂覆在超高分子量聚乙烯平纹织物上，参照2
纤维的耐候性实验标准,自制简易的紫外灯老化测试仪，
辐射强度为4000～4600μw/cm ，将实施例及对比例的织物分别放于距离紫外灯20cm以下的位置，在其与紫外灯的中间固定滤光片，可以使透过滤光片的紫外光的
波长是在纤维的紫外敏感波段范围内。每间隔一定时间取出紫外辐照处理的试样，进行拉伸强度测试，测试结果如表3所示。
[0056] 表3
[0057]时间/min 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例
0 190Mpa 218Mpa 252Mpa 232Mpa 150Mpa
30 170Mpa 193Mpa 208Mpa 198Mpa 110Mpa
60 140Mpa 156Mpa 182Mpa 173Mpa 50Mpa
[0058] 由表中数据可知，实施例的拉伸强度降低的幅度低于对比例，因此，实施例的耐紫外线性能较好，且由于蒙脱土的片层结构，其不仅能
增强材料的耐紫外线性，还能增加材料的拉伸强度。
