[发明专利]改性纳米二氧化硅剪切增稠防护液及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种改性纳米二氧化硅剪切增稠防护液及其制备方法和应用，所述的剪切增稠防护液中含有的聚乙二醇和改性纳米二氧化硅颗粒，其中改性纳米二氧化硅颗粒为纳米二氧化硅粒子经丙烯酸或丙烯酸酯类聚合物核壳包覆改性生成改性纳米二氧化硅颗粒。与现有技术相比，本发明改性后的纳米二氧化硅粒子表面具有高摩擦性的聚合物壳结构，同时核内部为坚硬的二氧化硅粒子，这可以在二氧化硅聚集形成粒子簇时，增大其表面的相互作用力和最大剪切增稠粘度，从而获得了具有更高浓度的小粒径改性纳米二氧化硅剪切增稠液。实验结果表明，本发明所得的剪切增稠材料相比于传统的剪切增稠液表现出了更高的剪切粘度和剪切增稠效应。

技术领域

本发明属于功能液体材料技术领域，尤其是涉及一种高浓度、低粒径的核壳包覆型改性纳米二氧化硅剪切增稠防护液及其应用。

背景技术

剪切增稠液体是一种由纳米或微米分散相与分散介质形成的高粒子浓度的悬浮液，在不受力或受轻微力的作用下呈现出较好的流动性，受到超过其临界剪切力的作用力时，出现剪切增稠现象，粘度的增加可达几个数量级，且响应速度快、过程可逆，当应力撤去时流体会恢复到初始状态。在高速冲击下，剪切增稠液甚至会由可流动的液体状态变成类固体状态，具有强的抗冲击性和能量耗散能力。

目前，由纳米二氧化硅和聚乙二醇组成的剪切增稠液仍是主流，但是低粒径的纳米二氧化硅剪切增稠液浓度低，而高浓度稳定性差，容易沉降，并且大粒径的二氧化硅增稠液的增稠效果不足。

现有技术中一般通过在纳米二氧化硅和聚乙二醇体系中添加其他组分进行性能改性，例如专利申请CN111910436A公开了一种剪切增稠防护液及其应用，所述剪切增稠防护液由聚乙二醇、纳米二氧化硅粉末和碳化硼粉末组成，该剪切增稠防护液在碳化硼颗粒和二氧化硅颗粒的配合作用下，一方面增加摩擦，充分利用粒子之间摩擦吸能原理，另一方面能够减小纤维织物浸渍时发生剪切破坏的程度，增大纤维织物对弹丸的能量吸收。

专利申请CN111663336A公开了一种兼具固体和液体性质的剪切增稠材料及其制备方法的应用，通过在传统的剪切增稠材料中加入凝胶因子，使所得剪切增稠材料在静态时呈现出固体状态，相对于传统的液态剪切增稠液，吸湿性明显下降，从而提高了剪切增稠液的稳定性和耐剪切性；当受到较小的剪切应力时，呈现为液态，因此防护材料穿着过程中具有较高的舒适性，而当受到较大的剪切应力时，剪切增稠材料会表现出优异的剪切增稠现象，起到防护作用。

然而上述现有技术制备的纳米二氧化硅剪切增稠液的在剪切过程中产生的最大增稠粘度普遍较低且低于100Pa·s，具有较低的剪切增稠效应以及能量耗散作用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有高的剪切增稠效应和稳定性、高浓度、低粒径的改性纳米二氧化硅剪切增稠防护液及其制备方法和应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种改性纳米二氧化硅剪切增稠防护液，所述的剪切增稠防护液中含有的聚乙二醇和改性纳米二氧化硅颗粒，其中改性纳米二氧化硅颗粒为纳米二氧化硅粒子经丙烯酸或丙烯酸酯类聚合物核壳包覆改性生成改性纳米二氧化硅颗粒。

进一步地，以所述剪切增稠防护液的总质量为100％计，所述剪切增稠防护液中含有的聚乙二醇成分占比为50～90％，含有的改性纳米二氧化硅颗粒成分的占比为10％～50％。

进一步地，所述的改性纳米二氧化硅颗粒是通过乳液聚合的方式，将丙烯酸单体或丙烯酸酯类单体在二氧化硅粒子表面进行引发并聚合形成核壳结构。

进一步地，所述的丙烯酸单体或丙烯酸酯类单体与二氧化硅粒子的质量比例为0.5～3：1。

进一步地，所述的丙烯酸单体的结构式如下：

进一步地，所述的丙烯酸酯类单体结构如下，n为大于1的整数：