澱粉/明膠/甘油含水複合彈性電流變膠體的製作方法

2023-09-17 00:53:20 3

專利名稱：澱粉/明膠/甘油含水複合彈性電流變膠體的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種有機流變顆粒/含水有機高分子電流變膠體，特別涉及澱粉/明膠/甘油含水複合彈性電流變膠體背景技術 電流變材料是一類智能型的軟物質。電流變液體是由高介電常數、低電導率的電解質顆粒分散於低介電常數的絕緣液體中組成的複雜體系。它具有快速和可逆地對電場做出響應，並可通過調節電場強度改變其表觀粘度和屈服應力的優良性能，因而被用於各種儀器上，在工業部門中有廣泛的應用前景。但是由於在使用過程中存在著一些不足，如顆粒的沉降引起電流變效應的不平衡，使用儀器的被腐蝕等，電流變液體的綜合性能還不能完全滿足工業化要求，限制了它的廣泛應用。目前學術界解決該問題多採用對分散相顆粒進行改性，來提高電流變液體的電流變效應和穩定性。
電流變膠體，是將流變顆粒分散在高分子化合物的凝膠網絡中得到的複合彈性物體。其中流變顆粒在母體中被鎖住，阻止了顆粒的沉降，同時顆粒在電場中因極化而導致的相互靜電作用又使膠體的粘彈性在電場中改變，顯示出電流變效應，而且在使用中無洩漏、對儀器無磨損。這種材料的製備和研究越來越受到人們的關注。
作為電流變膠體的母體，研究者多選用與電流變液母體相似的矽膠無水體系，這類膠體的製備時間長，成本高，且不能夠在潮溼環境中生產和使用。本文採用明膠/甘油含水體系作母體得到彈性水凝膠。該膠體的製備過程簡捷，成本低廉，並可在普通環境中生產和使用，而且甘油的加入，改善了單純明膠含水膠體的彈性。
澱粉通常是由鏈澱粉和支澱粉兩種葡聚多糖高分子組成，以顆粒形式存在，不溶於水，且在較低溫度範圍內分散性能比較穩定，同時它又是一種電流變形能較好的物質。在複合含水彈性電流變膠體中運用澱粉作為分散相，可以提高分散相顆粒的濃度，改善膠體的可調性。
文中著重對澱粉顆粒與明膠/甘油/水組成的彈性膠體的製備及電流變效應作了研究。
預期這種可智能化的『軟溼件』材料，在航空救生和生物醫學等領域有良好的應用前景。

發明內容
本發明通過施加直流電場使澱粉顆粒分散於明膠/甘油/水複合體系中製得了一種力學性能可受電場控制的含水電流變彈性體，製備工藝簡單易行，成本低廉，實驗操作能在常溫下進行，對設備亦無特殊要求，產品的後處理過程容易實現。本發明的具體內容如下
將一定量明膠在60～70℃溶於一定體積的水中，得到質量百分濃度約為30％的明膠水溶液。按一定濃度要求(wt％澱粉＝0.5、5、10、15、20、25、30、35)稱量不溶性澱粉，置於與水等體積的甘油中，在瑪瑙研缽中充分研磨，使澱粉均勻分散到甘油中，(保持溫度約70℃)，然後加入明膠水溶液，繼續研磨，至澱粉充分分散於甘油/明膠含水體系中。然後將液體轉移至有機玻璃盒(40×20×3mm3)中，在有、無外加直流電場(2.0kV/mm，1小時)作用下膠凝，溫度25～70℃。連續在室溫下膠凝7小時後，取出膠塊，分別浸泡於4％的甲醛水溶液中進行化學膠聯。24小時後用去離子水將膠塊衝洗，浸泡，反覆三次，每次5分鐘，製得了澱粉/明膠/甘油含水複合彈性膠體。採用靜態加載法運用自製應變儀，分別在有、無電場作用下對彈性膠體的壓縮模量進行測試。


圖1有電場條件下(E＝2kV/mm)膠凝所得膠體在有、無電場條件下測試的壓縮模量圖2無電場條件下膠凝所得膠體在有、無電場作用下測試的壓縮模量圖3不同測試電場對在電場(E＝2kV/mm)中膠凝所得的膠體(wt％澱粉＝25)壓縮模量的影響具體實施方式
本發明的具體實施過程和方式由以下實施事例並附圖詳細說明。
實施例一(有電場條件下(E＝2kV/mm)膠凝所得膠體在有、無電場條件下測試的壓縮模量)將在有電場(E＝2kV/mm)作用下膠凝所得的彈性膠體分別在有、無電場(E＝1kV/mm)條件下測試其壓縮模量，並分別對澱粉質量百分濃度作圖，如圖1。
實施例二(無電場條件下膠凝所得膠體在有、無電場作用下測試的壓縮模量)將在無電場作用下膠凝所得的彈性膠體分別在有、無電場(E＝1kV/mm)條件下測試其壓縮模量，並分別對澱粉質量百分濃度作圖，如圖2。
實施例三(不同測試電場對在電場(E＝2kV/mm)中膠凝所得的膠體(wt％澱粉＝25)壓縮模量的影響)將在電場(E＝2kV/mm)存在條件下膠凝得到的澱粉百分含量為25％的彈性膠體，在不同電場(0，1.0，1.25，1.5，1.75，2.0kV/mm)作用時測試其壓縮模量，結果如圖3。
權利要求
1.一種澱粉/明膠/甘油含水複合彈性電流變膠體，該材料由分散相澱粉和連續相明膠/甘油/水組成，其主要特徵是製備材料的過程使澱粉在明膠水溶液中充分分散後通過施加直流電場作用使澱粉有序散布在連續相中膠凝完成。
2.一種如權利要求1所述的澱粉/明膠/甘油含水複合彈性電流變膠體，其特徵在於分散相澱粉的顆粒大小是6～14μm，質量百分濃度是0.5％～35％，連續相是明膠/甘油/水，其中明膠在連續項中的百分含量保持為25％～30％，甘油和水的體積比為1∶1～1∶1.3。
3.一種如權利要求1所述的澱粉/明膠/甘油含水複合彈性電流變膠體，其特徵在於製備工藝過程包括以下步驟(1)將一定量明膠在60～70℃溶於一定體積的水中得到25％～30％明膠水溶液，按一定濃度要求(澱粉百分含量分別為0.5、5、10、15、20、25、30和35％)稱取不溶性澱粉，置於與水等體積的甘油中，在瑪瑙研缽中充分研磨，使澱粉均勻分散到甘油中(保持溫度約70℃)；(2)將明膠水溶液加入澱粉/甘油中，研磨2h，至澱粉充分分散於明膠/甘油含水體系中；(3)將液狀混合物轉移至有機玻璃盒(40×20×3mm3)中，在外加直流電場(2.0kV/mm，1h)作用下膠凝，溫度保持在25～70℃；(4)連續在室溫下膠凝7h後，將得到的膠塊浸泡於4％的甲醛水溶液中進行化學膠聯，24h後用去離子水將膠塊衝洗，浸泡，反覆三次，每次5min，製得了澱粉/明膠/甘油含水複合彈性電流變膠體。
全文摘要
本發明介紹了一種澱粉/明膠/甘油含水複合彈性電流變膠體。該複合彈性電流變膠體是在直流電場作用下將不溶性澱粉分散於明膠/甘油/水組成的介質中製得的，是一種力學性能可由分散相顆粒濃度和外加電場控制的含水電流變材料。這種材料製備過程簡便，材料性能穩定，無腐蝕，無汙染，成本低廉。其顆粒濃度調節範圍是wt％澱粉＝0.5～35，由此可引起壓縮模量增加至2～3倍；在澱粉百分含量為25％時，膠體的電流變效應最強烈，當膠凝電場為1.5～2kV/mm，測試電場為1.0～2.0kV/mm時，壓縮模量提高了60～65％。
文檔編號C10M107/00GK1576358SQ20031012400
公開日2005年2月9日 申請日期2003年12月11日 優先權日2003年7月15日
發明者趙曉鵬, 高玲香 申請人:西北工業大學