[发明专利]一种轻质剪切增稠凝胶及其制备方法

说明书

本发明涉及一种轻质剪切增稠凝胶，所述剪切增稠凝胶的原料包括如下重量份：聚二甲基硅氧烷800～1500份、空心微球50～200份、硼酸60～150份、二氧化硅粉末30～120份。本发明还公开了制备所述剪切增稠凝胶的方法，具体为：在所述聚二甲基硅氧烷中加入所述硼酸、所述二氧化硅粉末及所述空心微球，搅拌，混合制成基料；将所述基料溶于有机溶剂中，即得。本发明所述的轻质剪切增稠凝胶采用空心微球改性传统剪切增稠凝胶，使得剪切增稠凝胶整体质量轻盈，粘度降低。同质量的剪切增稠凝胶应用至样品中，添加了空心微球的防护效果明显增强。本发明采用的制备方法，操作简单，可大规模推广于工业应用。

技术领域

本发明涉及属于高分子材料领域，具体涉及一种基于空心微球的轻质剪切增稠凝胶及其的制备方法。

背景技术

剪切增稠凝胶是一种新型的智能抗撞击材料，在常态下呈流体状态，当受到高速剪切或外力冲击时，材料的粘度及强度会立即提高，由流态转变为类固态，达到抗冲击防护的效果。美国N.J.Wagner等人首先提出利用这种剪切增稠体系制备防护装甲的构想，并且研究了不同粒径的纳米二氧化硅分散在聚乙二醇体系的剪切流变性。2005年英国D3O公司开发了一种具有剪切增稠能力的膨胀性泡沫，并且将其应用于运动服装护具，如滑雪服、摩托车服、自行车骑行服、水上运动服等，以及警用、军用防护装备等等。

目前的现有技术，剪切增稠体系大多分为两种，一种由纳米二氧化硅分散在聚乙二醇的体系中，在高速剪切速率下，二氧化硅纳米颗粒与聚乙二醇之间因氢键作用形成粒子簇，导致整个体系在高的剪切速率下具有类固态行为，从而具有良好的防护效果。另一种是利用硼化物改性聚硅氧烷或端羟基聚硅氧烷，均是一种具有剪切增稠效应的胶泥态硅系高分子材料，具有明显的抗冲击和防穿刺性能。但是两种方法制备的剪切增稠凝胶均存在较为厚重的缺陷，这样就导致了如果应用于产品，会加重产品的切身重量，同时也会提高产品的成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轻质的剪切增稠凝胶，按重量份计，制备所述剪切增稠凝胶的原料包括如下组分：

本发明通过加入轻质的空心微球，与甲基硅油和硼酸高速混合制备的一种剪切增稠凝胶，具有质量轻盈，能够有效提高产品的减震、抗冲击性能。

所述聚二甲基硅氧烷为100cs聚二甲基硅氧烷、10cs聚二甲基硅氧烷中的一种或两种；当所述聚二甲基硅氧烷为100cs聚二甲基硅氧烷和10cs聚二甲基硅氧烷的两种组合时，制得的剪切增稠凝胶性能较好。

优选地，当所述100cs聚二甲基硅氧烷与所述10cs聚二甲基硅氧烷的质量比为1:0.2～1.2时，效果更优；进一步优选为1:0.4～0.9；当100cs聚二甲基硅氧烷与10cs聚二甲基硅氧烷的质量比为7:6时，效果最优。

其中，100cs聚二甲基硅氧烷与所述10cs聚二甲基硅氧烷中100cs、100cs具体指粘度，这两种原料可直接采购获得。

所述空心微球为3M空心微球；所述空心微球选自陶瓷微球和玻璃微球中的一种或两种；本发明优选采用玻璃微球。

所述二氧化硅的粒径为50-800nm，优选为100-500nm。

作为本发明的优选方案，提供一种剪切增稠凝胶，按重量份计，制备所述剪切增稠凝胶的原料包括如下组分：

本发明的又一目的在于，提供一种制备上述任一剪切增稠凝胶的方法，在所述聚二甲基硅氧烷中加入所述硼酸、所述二氧化硅粉末及所述空心微球，搅拌，混合制成基料；将所述基料溶于有机溶剂中，即得。

所述搅拌在120～200℃的温度条件下，以60-80r/min的速率，搅拌2～5h。