聚苯乙烯—丙烯酸纳米粒子基剪切增稠液的制备与性能研究

【摘要】剪切增稠(ShearThickening,ST)行为是一种非牛顿流体行为,当外加剪切速率达到一临界值时,体系的粘度会发生几个数量级的增长。一般在浓悬浮分散系中经常会发生这种ST现象,我们把具有这种ST行为的浓悬浮分散体系称为剪切增稠液(ShearThickeningFluid,STF)。STF的制备是将单分散的微纳米粒子均匀地分散于乙二醇,聚乙二醇等分散剂中形成的分散体系。早期对ST行为的研究是为了消除其在工业生产中带来的负面作用,但随着研究的深入,人们发现STF的这种显著的速度响应特性,使其可以增加能量耗散和弹性模量,这在阻尼和减震等方面的应用特别理想。另外,人们将STF浸入防弹纤维中,制备出了STF增强型的防弹衣,这种防弹衣不仅柔软舒适,而且明显提高了防弹功能。在恐怖主义猖獗的今天,人们对安全防护的需求也日益见长,STF的研究更加引起了人们的重视。虽然STF的潜在应用广泛,但实用的ST体系有限,此外对于ST性能影响因素的研究,大部分是一些外在的宏观因素,很少有对粒子内在结构的研究。最后在阻尼、减震以及身体防护等应用中,需要具备一定ST强度的STF以耗散比较高的能量,所以增强型STF的制备具有重要的意义。因此,本论文的目的是拓展实用的ST体系,探究ST性能对于粒子内在结构的依赖性,以及优化STF的ST性能,制备和研究非离子表面活性剂增强型的STF。具体研究内容如下：1、研制了一种新型的STF—聚苯乙烯-丙烯酸-乙二醇悬浮体系,并研究了其ST性能。运用无皂乳液聚合方法制备了球形的、单分散的粒径在300nm左右的聚苯乙烯-丙烯酸粒子(PS-AA),将制备的粒子均匀地分散于乙二醇中,制备成了一种新型的STF。探究了其ST性能的可逆以及稳定性,对分散相浓度、粒子分散性以及环境温度的依赖性,另外对其在动态振荡剪切下的扫描做了进一步的研究。实验结果表明新研制的STF能够运用于一些中等能量吸收的应用中,其ST性能具有很好的稳定性,并且强烈的依赖于分散相浓度、粒子分散性以及环境温度。动态测试下的流变性能既与应变也与角频率相关。2、利用新研制的PS-AA-乙二醇STF,系统地研究了ST性能对于分散相粒子内在结构的依赖性。通过改变粒子合成实验中的单体比值(苯乙烯／丙烯酸)以及交联剂二乙烯基苯的用量制备了具有不同内部结构的PS-AA粒子,将这些PS-AA粒子分别分散于乙二醇中制备出一系列的STF。通过测试其流变特性,发现高的苯乙烯／丙烯酸比值具有更好的ST效应,在最佳比值时最大粘度达到了152Pa·s,然而进一步增加比值,ST效应降低。加有交联剂的粒子的STF具有更好的ST性能,当加入0.3%的交联剂时,体系的最大粘度达到了385Pa·s。结合流变测试结果和粒子的结构特征提出了ST性能对于粒子结构依赖性的可能机理。3、以ST性能的优化为目的,研究了各种类型的非离子表面活性剂对于ST性能的影响,研究的非离子表面活性剂包括司潘20(Span20)、吐温20(Tween20)、曲拉通X-100(TX100)、辛基苯酚聚氧乙烯(10)醚(OP-10)、PEG系列。首先制备了基于PS-AA粒子的STF,分别向其中添加了各种不同类型的非离子表面活性剂,测试了加入各种非离子表面活性剂的STF前后流变性能。实验结果表明Span20,Tween20,TX100以及高分子量的PEG能显著地增强体系的ST性能,而其他几种削弱了体系的ST效应。尽管有些非离子表面活性剂的分子结构很相近,而作用却完全相反。
【作者】叶芳；
【导师】江万权；
【作者基本信息】中国科学技术大学，分析化学，2014，硕士
【关键词】剪切增稠行为；剪切增稠液；聚苯乙烯-丙烯酸纳米粒子；非离子表面活性剂；

【参考文献】
[1]樊荣萍.网络环境下人本主义学习观的构建研究[D].燕山大学,英语语言文学,2014,硕士.
[2]康平.高中文言文教学中传统教学方法运用的研究[D].河北师范大学,学科教学,2014,硕士.
[3]徐华文.基于人机工程的产品设计与仿真研究[D].武汉理工大学,机械设计及理论,2004,硕士.
[4]康延兴,徐锋,李恩科.《中国知识资源总库》的内容建构模式评析[J].甘肃科技纵横,2004,02:56-57+44.
[5]温清.上海城市轨道交通综合维修体制探讨[J].城市轨道交通研究.2008(04)
[6]记者王小龙.美研制出可监测湿度的微型生物机器人[N].科技日报,2015-03-31002.
[7]陈中民.丽江旅游股票投资价值分析[D].西南交通大学,工商管理,2012,硕士.
[8]刘成君,戴汝为.主轴方法和矩方法相融合的三维物体归一化和识别[J].自动化学报,1996,06:672-680+717.
[9]许书传.诊断飞机装配不协调问题之要诀——先简后繁,以内定外法则[J].航空工艺技术.1992(05)
[10]张海凝.英语公益广告与商业广告语篇中主位推进模式的对比研究[D].吉林大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[11]朱华邦,杜娟.“四大威胁”环境下雷达生存与对抗技术浅析[J].飞航导弹.2005(01)
[12]张晓艳.光影在园林景观中的审美与应用研究[D].齐鲁工业大学,设计艺术学,2014,硕士.
[13]吴迎.分数阶波动方程的数值方法及其应用[D].青岛大学,计算数学,2013,硕士.
[14]肖一峰.帕金森病运动并发症危险因素回顾性研究[D].福建医科大学,神经病学,2014,硕士.
[15]王会芹.基于本体的云服务发现关键技术研究与实现[D].河北师范大学,计算机应用技术,2012,硕士.
[16]范颖琳.遥感图像清晰化技术研究[D].浙江工业大学,2013.
[17]周凯龙.掌侧锁定加压板结合人工骨植骨治疗桡骨远端粉碎性骨折[D].苏州大学,骨外科（专业学位）,2013,硕士.
[18]杨丽丽.加入WTO后江苏外贸企业发展策略的研究[D].江苏大学,2002.
[19]雷莉.论客户关系管理与中小企业的核心竞争力[J].理论月刊,2004,10:145-146.
[20]桑太吉.促进西藏动漫产业发展的政策研究[D].西藏大学,行政管理,2014,硕士.
[21]程娟.大都市新城区旅游品牌形象认知研究[D].广东财经大学,旅游管理,2014,硕士.
[22]王建良.基于PC+MCS-51架构的锅炉控制系统设计[D].湖北工业大学,机械工程（专业学位）,2013,硕士.
[23]沈杰.超声电导治疗仪的设计与实现[D].南京理工大学,控制工程,2013,硕士.
[24]龚舒.董某、陈某“利用外挂代练牟利”案该如何定性[D].西南政法大学,法律（专业学位）,2012,硕士.
[25]徐爱华.认知无线网络中接纳控制算法分析与研究[D].杭州电子科技大学,通信与信息系统,2014,硕士.
[26]舒丹丹,张淑娟,金丽娜,王铁闯,李大吉.乳化溶剂挥发法及在微囊化制剂中的应用[J].北方药学,2012,04:22-23.
[27]张国泉.核电厂现场施工管理信息系统的设计与实现[D].北京交通大学,2014.
[28]刘义鹏.显微镜自动对焦系统设计与应用[D].浙江大学,2005.
[29]张利.TiO_2基纳米复合纤维光催化材料的组分设计、制备及性能研究[D].东华大学,2013.
[30]周彦真.基于性别差异的居住社区户外空间设计研究[D].华侨大学,建筑学（专业学位）,2014,硕士.
[31]雷旭东.基于自适应神经网络的车室噪声主动控制系统研究[D].重庆交通大学,车辆工程,2012,硕士.
[32]徐明明.基于TOD与SOD模式下城市轨道交通枢纽交通换乘布局研究[D].北京交通大学,2013.
[33]王光宏,蒋平.数据挖掘综述[J].同济大学学报(自然科学版),2004,02:246-252.
[34]周玉君.细胞因子白介素IL-21活性增强的In Silico研究[D].华中师范大学,分析化学,2014,硕士.
[35]郑利峰.氨络合物体系电积镍的阴阳极机理研究[D].浙江工业大学,2004.
[36]杨晓东.北京市中小学武术教育与武术文化传承的研究[D].首都体育学院,体育教育,2013,硕士.
[37]冶萍.转—静盘腔系统的流动与换热特性数值研究[D].南京航空航天大学,工程热物理,2004,硕士.
[38]李健.W公司竞争战略研究[D].大连理工大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[39]杨旭.内蒙古呼和浩特移动集团客户服务营销策略研究[D].内蒙古大学,高级管理人员工商管理,2013,硕士.
[40]张建东,覃毅力.可感知音频质量客观测量与主观评价的相关性研究[J].广播与电视技术.2008(02)
[41]许邦贤.基于预测中国市场收益率曲线变动的债券积极投资策略研究[D].复旦大学,世界经济,2012,硕士.
[42]张艳,张庆灵,李琴.时滞T-S模糊系统的无源控制器设计[J].自动化学报,2009,03:328-331.
[43]王振国,周熙襄,李晶.基于小波变换的最小光滑滤波去噪[J].石油地球物理勘探,2002,06:594-600+660.
[44]秦建平.贵州省体育教育训练学硕士研究生就业能力培养研究[D].贵州师范大学,体育教育训练学,2014,硕士.
[45]裴正林,董玉珊,彭苏萍.裂隙煤层弹性波场方位各向异性特征数值模拟研究[J].石油地球物理勘探,2007,06:665-672+733+606-607.
[46]牛新会.榆林尚郡苑房地产项目投资风险研究[D].西北大学,高级工商管理（EMBA）（专业学位）,2012,硕士.
[47]王学成.污泥过热蒸汽薄层干燥及蒸发速度曲线混沌特性研究[D].南昌航空大学,机械设计及理论,2014,硕士.
[48]亓鹏.李长之美学思想研究[D].山东师范大学,文艺学,2013,硕士.
[49]赵敬慧.我国鼬獾狂犬病病毒分子流行病学研究[D].中国人民解放军军事医学科学院,预防兽医学,2014,博士.
[50]仝慧军.高速公路桥隧相接形式与施工方法研究[D].长安大学,建筑与土木工程（专业学位）,2014,硕士.