一种聚铝硅氧烷剪切增稠硅油的制备方法

文档序号：871391 发布日期：2021-03-19 浏览：8次 >En<

阅读说明：本技术 一种聚铝硅氧烷剪切增稠硅油的制备方法 (Preparation method of polyaluminosiloxane shear thickening silicone oil ) 是由姜琳琳张建刘国栋于 2020-11-26 设计创作，主要内容包括：本发明属于有机硅材料制备技术领域,具体涉及一种聚铝硅氧烷剪切增稠硅油的制备方法,包括以下步骤：将异丙醇铝、酰氧基硅烷偶联剂投入水中反应形成溶胶；将硅氧烷环体和四甲基氢氧化铵混合反应后,投入六甲基二硅氧烷和溶胶,保温反应；反应后将反应产物减压脱低,得聚铝硅氧烷剪切增稠硅油。本发明所述的工艺简单,硅油在硅铝胶粒表面原位聚合,不含杂质,二者兼容性良好,剪切增稠性能优异；本发明中分散相的含量可控,剪切增稠液的粘度可控,原料易得,价格低廉。本发明方法环境友好,收率高,适于大规模工业化生产,应用前景广泛,可应用于防护服、缓冲设备、减振器等阻尼设备中。(The invention belongs to the technical field of preparation of organosilicon materials, and particularly relates to a preparation method of polyaluminosiloxane shear thickening silicone oil, which comprises the following steps: adding aluminum isopropoxide and an acyloxysilane coupling agent into water to react to form sol; mixing siloxane ring bodies and tetramethylammonium hydroxide for reaction, adding hexamethyldisiloxane and sol, and reacting under heat preservation; and reducing the pressure of the reaction product after the reaction to obtain the polyaluminosiloxane shear thickening silicone oil. The method has the advantages that the process is simple, the silicone oil is polymerized in situ on the surface of the silicon-aluminum colloidal particle, impurities are not contained, the compatibility of the silicon oil and the silicon-aluminum colloidal particle is good, and the shear thickening performance is excellent; the invention has controllable content of dispersed phase, controllable viscosity of the shear thickening fluid, easily obtained raw materials and low price. The method disclosed by the invention is environment-friendly, high in yield, suitable for large-scale industrial production, wide in application prospect and capable of being applied to damping equipment such as protective clothing, buffering equipment and shock absorbers.)

一种聚铝硅氧烷剪切增稠硅油的制备方法

技术领域

本发明属于有机硅材料制备技术领域，具体涉及一种聚铝硅氧烷剪切增稠硅油的制备方法。

背景技术

粘度随着剪切速率的增加而增加的非牛顿流体被称为剪切增稠液体。剪切增稠液体是由分散相和分散介质构成，是由微纳米尺度的颗粒分散在在介质中形成的浓稠悬浮液。剪切增稠液体是一种新型智能材料，无需外加的电场和磁场，仅在外力作用下就能同时具备液体的耗能特性和固体的高强度性能，在阻尼设备、防护服、防弹衣、减震器等方面得到广泛的应用。剪切增稠液体的分散相通常是由具有球形形貌的二氧化硅、碳酸钙、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯微粒构成，分散介质通常是由聚乙二醇、乙二醇、多元醇、水等构成。例如发明专利(CN201310088223.3)公布了一种聚氨酯吸能材料的制备方法，采用羟基硅油作为硼化有机硅聚合物的良溶剂制备剪切增稠流体，以克服现有技术中的分相、以及异丙醇挥发量难以控制、与MDI发生副反应等问题；发明专利(CN201310616352.5)公布了一种原位制备微/纳米碳酸钙及其剪切增稠流体的方法，分散介质由乙二醇、聚乙二醇、丙二醇、羟基硅油中的一种或几种混合而成，分散相是由醋酸钙在分散介质中原位生成的微/纳米碳酸钙构成；发明专利(CN201210459036.7)公布了一种基于分子胶体的剪切增稠流体及其制备方法和用途，由无机纳米颗粒、硼酸、羟基硅油和增塑剂形成的分子胶体体系与有机溶剂组成；发明专利(CN201810341270.7)公布了一种隔热的剪切增稠液复合三维织物的制备方法与应用，以带正电荷的微纳米球形二氧化硅粒子加入到带负电聚醚多元醇和硅油的混合物中而制备；发明专利(CN201810259924.1)公布了一种剪切增稠凝胶的制备方法及其在防破织物上的应用，以羟基硅油、硼酸酯、汉麻秆芯短纤维、改性二氧化硅为原料，克服传统的硅硼聚合物多数在高温状态时黏稠度会大幅提高而需要在捏合机中才能进行生产的问题。

在上述剪切增稠液体中主要以羟基硅油作为分散介质中的一种成分，将分散相分散在其中而制备，制备剪切增稠液体分散介质与分散相之间结合力弱，体系易分层。分散介质与分散相之间的相互作用和表面成键，以及二者的体系兼容性对剪切增稠液体的性能影响很大。但是目前利用原位方法合成剪切增稠液体还存在巨大的困难。

发明内容

针对以上技术问题，本发明目的在于提供一种聚铝硅氧烷剪切增稠硅油的制备方法，解决了现有技术中制备剪切增稠液体分散介质与分散相之间体系兼容性差导致的剪切增稠液体分散介质与分散相之间结合力弱，体系易分层和耐高温性能差等技术问题。

本发明所述的聚铝硅氧烷剪切增稠硅油的制备方法，包括以下步骤：

(1)将异丙醇铝、酰氧基硅烷偶联剂投入水中反应形成溶胶；

(2)将硅氧烷环体和四甲基氢氧化铵混合反应后，投入六甲基二硅氧烷和步骤(1)制得的溶胶，保温反应；

(3)反应后将反应产物减压脱低，得聚铝硅氧烷剪切增稠硅油。

酰氧基硅烷偶联剂为甲基三乙酰氧基硅烷、甲基乙烯基二乙酰氧基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷中的一种或多种复配。

硅氧烷环体为八甲基环四硅氧烷、二甲基硅氧烷混合环体、甲基苯基硅氧烷混合环体、八苯基环四硅氧烷中的一种或多种复配。

酰氧基硅烷偶联剂、异丙醇铝、水的质量比为1：(1-3)：(10-50)。

步骤(1)溶胶的制备温度为20-60℃，反应时间为1-12h。

溶胶与硅氧烷环体的质量比为1：(30-100)。

步骤(2)中硅氧烷环体和四甲基氢氧化铵混合反应的时间为80-100℃，混合反应时间为5-12h，保温反应的时间为4-10h。

减压脱低的真空度低于-0.085MPa，脱低温度为150-220℃，至无馏分为止。

本发明所述制备方法的机理为：

本发明首先利用酰氧基硅烷在水中水解成酸性的特性，将异丙醇铝水解制备纳米级硅铝溶胶。而后将表面带有大量羟基基团的硅铝胶粒加入到硅氧烷环体中，利用四甲基氢氧化铵作为催化剂进行开环，形成的硅氧键易与硅铝溶胶粒表面形成化学键，从而实现硅油在硅铝胶粒表面的原位聚合。硅铝胶粒作为分散相在硅油分散介质中得到均匀分散，二者之间的化学键和作用使其在剪切过程中表现出剪切增稠的性能。同时二者之间强的化学键合作用使得硅铝溶胶粒在硅油中稳定存在，不易出现分层。而且由于铝元素的加入，也提高了硅油的耐高温性能。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果。

(1)本发明所述的工艺简单，硅油在硅铝胶粒表面原位聚合，不含杂质，二者兼容性良好，剪切增稠性能优异；

(2)本发明中分散相的含量可控，剪切增稠液的粘度可控，原料易得，价格低廉。

(3)本发明方法环境友好，收率高，适于大规模工业化生产，应用前景广泛，可应用于防护服、缓冲设备、减振器等阻尼设备中。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

将90g水，6g异丙醇铝和3g甲基三乙酰氧基硅烷加入到反应器中，在40℃反应6h得硅铝溶胶。将0.15g四甲基氢氧化铵加入到240g八甲基环四硅氧烷中，在95℃反应1h，加入1.7g六甲基二硅氧烷和4g硅铝溶胶，继续反应4h。升温至140℃，在-0.1MPa真空下脱低，直至不再有馏分产生，得到聚铝硅氧烷剪切增稠硅油。转速10r/min下粘度27500mm²/s，20r/min下粘度30100mm²/s，50r/min下粘度31900mm²/s，100r/min下粘度33000mm²/s。