纳米SiO_2_聚乙二醇分散体系的分散性及流变行为研究
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1 2 徐素鹏 ，张玉芳 （ 1． 济源职业技术学院冶金化工系，济源 454650 ； 2． 北京服装学院科技处，北京 100029 ）
摘
要： 为了减轻个体防刺装甲质量 、 增加其穿着舒适性， 人们尝试将具有剪切增稠作用的剪切增
稠液体（ STF） 用于改性防护织物． 理想的 STF 取决于流体的分散性与流变行为 ． 本文选用市售国 产纳米 SiO2 、 聚乙二醇（ PEG） 及硅烷偶联剂 A1120 ， 采用球磨方法配制分散体系， 通过考察球磨时 间、 分散剂用量等因素考察该体系的分散性和流变性 ． 流体的分散性与流变行为影响因素实验结 果表明： 延长球磨时间和增加分散剂含量， 可有效防止纳米 SiO2 团聚， 提高其分散性； 当分散剂含 量较低时， 随着球磨时间延长、 分散剂含量增加、 分散相含量增加， 纳米 SiO2 聚乙二醇分散体系都 具有明显的先剪切变稀后剪切增稠的效果； 而当分散剂含量过大时， 体系则是先剪切增稠后剪切 变稀． 关键词： 纳米 SiO2 聚乙二醇分散体系； 剪切增稠液体； 分散性； 流变行为 中图分类号： TB383 文献标志码： A 文章编号： 1001 － 0564 （ 2011 ） 04 － 0015 － 06
当分散剂质量分数大于 3. 6% 时， 纳米 SiO2 的平均粒径又缓慢增大， 说明又有部分的纳米 少， SiO2 粒子发生了聚集． 这主要由于： 1 ） 分散剂 A1120 是一种含有—NH2 、 —NH—和较强电负 性氧原子的表面活性剂， 它的加入， 可以与纳米 SiO2 表面的羟基形成牢固的氢键， 包覆在 SiO2 表面， 使得 SiO2 分子间因表面—OH 间氢键作用相互团聚的几率大大降低 ； 2 ） 研磨过程中剧烈 的机械力作用， 亦使颗粒表面不断细化、 更新， 不断产生新的表面活性点； 3 ） 在新表面活性点 不断形成的同时， 分散剂吸附于颗粒新生表面并进行反应包覆 ， 起到助磨作用． 当分散剂用量 达到一定程度后， 如果继续增加用量， 一方面会在 SiO2 表面形成多分子吸附层， 由于多分子吸 ， ， SiO ； 附层间的良好相容性 使得团聚增强 2 颗粒反而增大 另一方面分散剂自身氢键作用增 强， 起到有效分散作用的量相对减少 ． 综上所述， 当分散剂分子在颗粒表面达到单层满层吸附 时助磨效果最佳．
图5 纳米 SiO2 聚乙二醇分散体系流变行为 随球磨时间变化曲线
应力时， 流体作用力在体系中成了主要的作用力， 促使体系中纳米 SiO2 粒子链二次聚集重新 使体系的黏度再度增大． 当到达 B1 点后， 又 形成三维网状立体结构甚至是团聚体堆垒的结构 ， 出现了剪切变稀， 由于剪切应力的进一步增大， 使体系中杂乱无章堆垒的“团聚体 ” 变成有序 体系黏度下降． 排列， 随着球磨时间的延长， 分散体系中纳米 SiO2 的平均粒径相对较小， 其表观黏度也就相对 较小粒径的纳米粒子链重新聚集成团 ， 使体系的黏度增大， 这也 较小； 当体系受到剪切应力时， 就是为什么球磨时间较长的纳米 SiO2 － 聚乙二醇分散体系一直表现为剪切增稠的原因 ． 2. 3. 2 分散剂含量对分散体系流变行为的影响 图 6 是改变分散剂含量、 经过 3 h 球磨后、 不同分散体系的流变行为曲线． 从图中可以看 2. 36% 时体系均存在先剪切变稀后剪切增稠的临界剪切应力 ， 出： 1 ） 分散剂含量为 1. 8% 、 临 0. 585 ） 、 A3 （ 0. 781 ， 0. 579 ） ， 1. 014 ） 、 B3 （ 34. 51 ， 界点分别为 A1 （ 1. 19 ， 最高点分别为 B1 （ 144. 9 ， 0. 789 ） ， 且随着分散剂含量的增加， 整个体系的黏度越来越低， 主要是由于随着分散剂含量的 增加， 纳米 SiO2 与 PEG200 间氢键的作用力变弱， 整个体系黏度降低； 2 ） 当分散剂含量为 7. 2% 时， 体系表现为先剪切增稠后剪切变稀 ， 主要是由于过量的分散剂在纳米 SiO2 表面形成
17
2. 2 2. 2. 1
纳米 SiO2 聚乙二醇分散体系的分散性 球磨分散时间对纳米 SiO2 聚乙二醇分散体系分散性的影响
图 3 为经过不同时间球磨分散后分散体系中纳米 SiO2 粒子的平均粒径测定结果． 可以看 出： 随着球磨时间的延长， 纳米 SiO2 在 PEG200 中的平均粒径逐渐减小， 分散性逐渐提高． 这 主要由于纳米 SiO2 团聚体分为硬团聚与软团聚， 在剪切力作用下， 相邻粒子之间因氢键相互 作用形成的三维立体结构被打破 ， 可将软团聚再次分散为一次结构 ． 2. 2. 2 分散剂含量对纳米 SiO2 聚乙二醇分散体系分散性的影响 图 4 为不同分散剂含量下、 球磨分散 7 h 的纳米 SiO2 聚乙二醇分散体系中纳米 SiO2 粒子 纳米 SiO2 在 PEG200 中的平均粒径逐渐减 的平均粒径． 可以看出： 随着分散剂含量的增加，
第 31 卷 第 4 期 2011 年 10 月
北京服装学院学报 Journal of Beijing Institute of Clothing Technology
Vol． 31 No． 4 Oct． 2011
纳米 SiO2 -聚乙二醇分散体系的 * 分散性及流变行为研究
［1 － 7 ］ ． 用来减小防护装甲的质量， 增加其柔韧性和舒适性 分散体系应用于个体防护装甲， 目前， 国内外研究人员在配制用于个体防护装甲的纳米 SiO2 聚乙二醇分散体系时都是采 ［1 － 7 ］ ， 粒径较大的 （ 100 ～ 500 nm ） 、 单分散性纳米 SiO2 但对原料易得、 粒径小 用自行合成的、 （ 20 nm） 、 SiO ． 团聚现象严重的国产纳米 本文则是采用这种原料来配制纳米 2 应用研究较少
2
2. 1
结果与讨论
纳米二氧化硅原料的表征 为了解市售纳米 SiO2 原料的微观特性， 采用日立公司产透射电镜对纳米 SiO2 样品进行
并用激光粒度仪测试了其在水中的粒径分布情况 ， 结果分别见图 1 、 图 2． 了观察，
图1
纳米 SiO2 样品的 TEM 图
图2
纳米 SiO2 样品激光粒径分布图
从图 1 可以看出： 单个纳米 SiO2 粒子粒径大多在 20 nm 左右， 基本呈现球型， 并聚集在一 起形成团聚体． 而图 2 的激光粒径分布显示纳米 SiO2 平均粒径为 7. 617 μm， 其粒径分布明显 偏离 TEM 测定值， 进一步证明了纳米 SiO2 呈团聚体存在．
第4期
徐素鹏等： 纳米 SiO2 聚乙二醇分散体系的分散性及流变行为研究
SiO2 聚乙二醇分散体系， 试图通过对影响体系分散性和流变行为的相关因素研究 ， 得到适用 于个体防护装甲用的剪切增稠液体 ．
收稿日期： 2011 － 05 － 17 * 基金项目： 北京市教委科技创新平台建设项目（ PXM2008_014216_053705 ） ． 2009 级硕士研究生． 作者简介： 徐素鹏（ 1983 － ） ， 女， Email： xusupeng123@ 163． com．
选用的纳米 SiO2 粒径小， 团聚现象严重， 为了使其能够均匀分散到聚乙二醇体系中 ， 本文向质 量分数 13% 的纳米 SiO2 / PEG200 中加入占纳米 SiO2 含量 1. 8% （ 质量分数） 的 A1120 ， 作为基 本配制参数， 对影响体系分散性和流变行为的相关因素进行研究 ．
锥弧度为 1 ， 板直径为 60 mm， 在一定温度下， 在剪切速率 1 ～ 1 000 流变行为． 使用锥板夹具， －1 s 内进行稳态扫描．
［8 ］ 配制剪切增稠液体通常需要满足 2 个条件 ： 1 ） 分散相浓度应足够大， 且应在一个狭小 的范围内， 通常体积分数为 30% ～ 60% ； 2 ） 颗粒必须是均匀分散的， 而不是聚集的． 由于本文
16
北京服装学院学报（ 自然科学版）
2011 年
1
1. 1
实
验
STF 制备方法 （ ρ称取一定量国产纳米 SiO2 放入烧杯， 加入一定量聚乙二醇 PEG 200 和 N氨乙基 ） γ-
氨丙基三甲氧基硅烷 A1120 ， 搅匀后倒入变频双行星式球磨机中 ， 高速球磨分散数小时． 1. 2 纳米 SiO2 聚乙二醇分散体系分散性的测定 取纳米 SiO2 聚乙二醇混合液少量分散于水中 ， 超声波处理后， 用马尔文公司的 Mastersizer 2000 激光粒度仪测试其粒径分布， 通过粒径分布变化来判断分散性 ． 1. 3 纳米 SiO2 聚乙二醇分散体系流变行为的测定 利用德国 HermoHaake 公司产 DS150L 型哈克流变仪测定纳米 SiO2 聚乙二醇分散体系的
图3
分散体系中纳米 SiO2 平均粒径随球磨 分散时间变化曲线
图4
分散体系中纳米 SiO2 平均粒径随 分散剂含量变化曲线
2. 3 2. 3. 1
纳米 SiO2 聚乙二醇分散体系的流变行为
分散时间对分散体系流变行为的影响 图 5 为不同球磨时间后分散体系的流变行为曲线 ． 从图中可以看出： 1 ） 球磨 3 h 的分散 体系存在先剪切变稀后剪切增稠的临界剪切应力 ， 当到达 B1 点后， 又出现了第 2 次剪切变稀；
纳米 SiO2 聚乙二醇分散体系 （ 又称剪切增稠液体 ） 通常呈浓缩的胶质悬浮液状态， 黏度 随着剪切应力的增加而增加， 有时是不连续的增加， 并且此过程是可逆的， 流变曲线表现为先 剪切变稀后剪切增稠． 它的这种特性通常给生产带来不良影响： 阻塞管道、 破坏设备等． 但近 几年来， 人们将其这种特性化害为利应用于抗冲击领域 ， 研究的热点是将纳米 SiO2 聚乙二醇
图6
纳米 SiO2 聚乙二醇分散体系流变行为随分散剂含量变化曲线
第4期
徐素鹏等： 纳米 SiO2 聚乙二醇分散体系的分散性及流变行为研究
19
多分子吸附， 层间相容性好， 极易相互团聚， 纳米 SiO2 颗粒反而增大， 分散效果差， 体系黏度 ． B ， ， ， 大 当到 4 点后 又出现剪切变稀 同样是是由于剪切应力的进一步增大 使体系中杂乱无章 的纳米 SiO2 团聚体变成有序排列， 体系黏度下降． 2. 3. 3 纳米 SiO2 含量对分散体系流变行为的影响 图 7 是改变 SiO2 含量、 球磨 3 h 后、 不同分散体系的流变行为曲线． 从图中可以看出： 1 ） 3 0. 585 ） 、 种分散体系均存在先剪切变稀后剪切增稠的临界剪切应力 ， 临界点分别为 A1 （ 1. 19 ， A5 （ 0. 35 ， 0. 798 ） 、 A6 （ 8. 876 ， 16. 785 ） ， 1. 014 ） 、 B5 （ 606. 9 ， 2. 395 ） 、 B6 最高点分别为 B1 （ 144. 9 ， （ 30124 ， 143. 012 ） ； 2 ） 随着 SiO2 含量增加， 整个体系的黏度增大， 剪切变稀的效果越来越不明 而剪切增稠的效果越来越明显， 这主要由于固相含量增大， 纳米 SiO2 与 PEG200 间氢键的 显， 导致体系黏度增加， 在剪切增稠后， 形成的三维网状结构也增多， 流动的阻力增 作用力增大， 大； 在剪切变稀阶段， 强的纳米 SiO2 与 PEG200 间氢键的作用力使受到破坏的空间结构很快得 到修复， 所以固相含量高的分散体系剪切变稀效果不明显 ．
而球磨 7 h 的分散体系出现了一直剪切增稠的曲线； 2） 球磨 3 h 体系的表观黏度大于球磨 7 h 的． ［9 － 10 ］ ． 通常， 上述现象产生的原因， 与纳米 SiO2 在有机化合物介质中的结构分布有关 在 纳米 SiO2 呈现 3 种结构： 即纳米粒子链、 链状的三维网状立体结构和疏松 有机化合物介质中， 这 3 种结构在分散体系中的的表观黏度依次增大 ． 当纳米 SiO2 稳 的团聚体堆垒的三维结构， 定分散在 PEG200 中时， 两者之间通过氢键的桥梁作用形成链状的三维网状立体结构自然科学版）
2011 年
外力作用时， 这种氢键的桥梁作用与纳米 SiO2 粒子 间 作 用 力 存 在 着 一 种 动 态 平 衡 （ 由于纳米 SiO2 粒子间作用力，SiO2 粒子 与 PEG 间的氢键会发生断裂形成纳米粒 子链， 同时这些纳米粒子链又因氢键使得 与分 散 介 质 重 新 生 成 氢 键， 建立网状结 构） ； 当分散体系被施加外力时， 增大了氢 键断裂的趋势； 随着外加应力的进一步增 成键的速度远不如氢键断裂的速度， 纳 大， 网状 米 SiO2 粒子链与 PEG 间的氢键减少， 结构逐步被破坏， 形成纳米 SiO2 粒子链， 黏 度出现较为明显的下降； 当达到临界剪切
摘
要： 为了减轻个体防刺装甲质量 、 增加其穿着舒适性， 人们尝试将具有剪切增稠作用的剪切增
稠液体（ STF） 用于改性防护织物． 理想的 STF 取决于流体的分散性与流变行为 ． 本文选用市售国 产纳米 SiO2 、 聚乙二醇（ PEG） 及硅烷偶联剂 A1120 ， 采用球磨方法配制分散体系， 通过考察球磨时 间、 分散剂用量等因素考察该体系的分散性和流变性 ． 流体的分散性与流变行为影响因素实验结 果表明： 延长球磨时间和增加分散剂含量， 可有效防止纳米 SiO2 团聚， 提高其分散性； 当分散剂含 量较低时， 随着球磨时间延长、 分散剂含量增加、 分散相含量增加， 纳米 SiO2 聚乙二醇分散体系都 具有明显的先剪切变稀后剪切增稠的效果； 而当分散剂含量过大时， 体系则是先剪切增稠后剪切 变稀． 关键词： 纳米 SiO2 聚乙二醇分散体系； 剪切增稠液体； 分散性； 流变行为 中图分类号： TB383 文献标志码： A 文章编号： 1001 － 0564 （ 2011 ） 04 － 0015 － 06
当分散剂质量分数大于 3. 6% 时， 纳米 SiO2 的平均粒径又缓慢增大， 说明又有部分的纳米 少， SiO2 粒子发生了聚集． 这主要由于： 1 ） 分散剂 A1120 是一种含有—NH2 、 —NH—和较强电负 性氧原子的表面活性剂， 它的加入， 可以与纳米 SiO2 表面的羟基形成牢固的氢键， 包覆在 SiO2 表面， 使得 SiO2 分子间因表面—OH 间氢键作用相互团聚的几率大大降低 ； 2 ） 研磨过程中剧烈 的机械力作用， 亦使颗粒表面不断细化、 更新， 不断产生新的表面活性点； 3 ） 在新表面活性点 不断形成的同时， 分散剂吸附于颗粒新生表面并进行反应包覆 ， 起到助磨作用． 当分散剂用量 达到一定程度后， 如果继续增加用量， 一方面会在 SiO2 表面形成多分子吸附层， 由于多分子吸 ， ， SiO ； 附层间的良好相容性 使得团聚增强 2 颗粒反而增大 另一方面分散剂自身氢键作用增 强， 起到有效分散作用的量相对减少 ． 综上所述， 当分散剂分子在颗粒表面达到单层满层吸附 时助磨效果最佳．
图5 纳米 SiO2 聚乙二醇分散体系流变行为 随球磨时间变化曲线
应力时， 流体作用力在体系中成了主要的作用力， 促使体系中纳米 SiO2 粒子链二次聚集重新 使体系的黏度再度增大． 当到达 B1 点后， 又 形成三维网状立体结构甚至是团聚体堆垒的结构 ， 出现了剪切变稀， 由于剪切应力的进一步增大， 使体系中杂乱无章堆垒的“团聚体 ” 变成有序 体系黏度下降． 排列， 随着球磨时间的延长， 分散体系中纳米 SiO2 的平均粒径相对较小， 其表观黏度也就相对 较小粒径的纳米粒子链重新聚集成团 ， 使体系的黏度增大， 这也 较小； 当体系受到剪切应力时， 就是为什么球磨时间较长的纳米 SiO2 － 聚乙二醇分散体系一直表现为剪切增稠的原因 ． 2. 3. 2 分散剂含量对分散体系流变行为的影响 图 6 是改变分散剂含量、 经过 3 h 球磨后、 不同分散体系的流变行为曲线． 从图中可以看 2. 36% 时体系均存在先剪切变稀后剪切增稠的临界剪切应力 ， 出： 1 ） 分散剂含量为 1. 8% 、 临 0. 585 ） 、 A3 （ 0. 781 ， 0. 579 ） ， 1. 014 ） 、 B3 （ 34. 51 ， 界点分别为 A1 （ 1. 19 ， 最高点分别为 B1 （ 144. 9 ， 0. 789 ） ， 且随着分散剂含量的增加， 整个体系的黏度越来越低， 主要是由于随着分散剂含量的 增加， 纳米 SiO2 与 PEG200 间氢键的作用力变弱， 整个体系黏度降低； 2 ） 当分散剂含量为 7. 2% 时， 体系表现为先剪切增稠后剪切变稀 ， 主要是由于过量的分散剂在纳米 SiO2 表面形成
17
2. 2 2. 2. 1
纳米 SiO2 聚乙二醇分散体系的分散性 球磨分散时间对纳米 SiO2 聚乙二醇分散体系分散性的影响
图 3 为经过不同时间球磨分散后分散体系中纳米 SiO2 粒子的平均粒径测定结果． 可以看 出： 随着球磨时间的延长， 纳米 SiO2 在 PEG200 中的平均粒径逐渐减小， 分散性逐渐提高． 这 主要由于纳米 SiO2 团聚体分为硬团聚与软团聚， 在剪切力作用下， 相邻粒子之间因氢键相互 作用形成的三维立体结构被打破 ， 可将软团聚再次分散为一次结构 ． 2. 2. 2 分散剂含量对纳米 SiO2 聚乙二醇分散体系分散性的影响 图 4 为不同分散剂含量下、 球磨分散 7 h 的纳米 SiO2 聚乙二醇分散体系中纳米 SiO2 粒子 纳米 SiO2 在 PEG200 中的平均粒径逐渐减 的平均粒径． 可以看出： 随着分散剂含量的增加，
第 31 卷 第 4 期 2011 年 10 月
北京服装学院学报 Journal of Beijing Institute of Clothing Technology
Vol． 31 No． 4 Oct． 2011
纳米 SiO2 -聚乙二醇分散体系的 * 分散性及流变行为研究
［1 － 7 ］ ． 用来减小防护装甲的质量， 增加其柔韧性和舒适性 分散体系应用于个体防护装甲， 目前， 国内外研究人员在配制用于个体防护装甲的纳米 SiO2 聚乙二醇分散体系时都是采 ［1 － 7 ］ ， 粒径较大的 （ 100 ～ 500 nm ） 、 单分散性纳米 SiO2 但对原料易得、 粒径小 用自行合成的、 （ 20 nm） 、 SiO ． 团聚现象严重的国产纳米 本文则是采用这种原料来配制纳米 2 应用研究较少
2
2. 1
结果与讨论
纳米二氧化硅原料的表征 为了解市售纳米 SiO2 原料的微观特性， 采用日立公司产透射电镜对纳米 SiO2 样品进行
并用激光粒度仪测试了其在水中的粒径分布情况 ， 结果分别见图 1 、 图 2． 了观察，
图1
纳米 SiO2 样品的 TEM 图
图2
纳米 SiO2 样品激光粒径分布图
从图 1 可以看出： 单个纳米 SiO2 粒子粒径大多在 20 nm 左右， 基本呈现球型， 并聚集在一 起形成团聚体． 而图 2 的激光粒径分布显示纳米 SiO2 平均粒径为 7. 617 μm， 其粒径分布明显 偏离 TEM 测定值， 进一步证明了纳米 SiO2 呈团聚体存在．
第4期
徐素鹏等： 纳米 SiO2 聚乙二醇分散体系的分散性及流变行为研究
SiO2 聚乙二醇分散体系， 试图通过对影响体系分散性和流变行为的相关因素研究 ， 得到适用 于个体防护装甲用的剪切增稠液体 ．
收稿日期： 2011 － 05 － 17 * 基金项目： 北京市教委科技创新平台建设项目（ PXM2008_014216_053705 ） ． 2009 级硕士研究生． 作者简介： 徐素鹏（ 1983 － ） ， 女， Email： xusupeng123@ 163． com．
选用的纳米 SiO2 粒径小， 团聚现象严重， 为了使其能够均匀分散到聚乙二醇体系中 ， 本文向质 量分数 13% 的纳米 SiO2 / PEG200 中加入占纳米 SiO2 含量 1. 8% （ 质量分数） 的 A1120 ， 作为基 本配制参数， 对影响体系分散性和流变行为的相关因素进行研究 ．
锥弧度为 1 ， 板直径为 60 mm， 在一定温度下， 在剪切速率 1 ～ 1 000 流变行为． 使用锥板夹具， －1 s 内进行稳态扫描．
［8 ］ 配制剪切增稠液体通常需要满足 2 个条件 ： 1 ） 分散相浓度应足够大， 且应在一个狭小 的范围内， 通常体积分数为 30% ～ 60% ； 2 ） 颗粒必须是均匀分散的， 而不是聚集的． 由于本文
16
北京服装学院学报（ 自然科学版）
2011 年
1
1. 1
实
验
STF 制备方法 （ ρ称取一定量国产纳米 SiO2 放入烧杯， 加入一定量聚乙二醇 PEG 200 和 N氨乙基 ） γ-
氨丙基三甲氧基硅烷 A1120 ， 搅匀后倒入变频双行星式球磨机中 ， 高速球磨分散数小时． 1. 2 纳米 SiO2 聚乙二醇分散体系分散性的测定 取纳米 SiO2 聚乙二醇混合液少量分散于水中 ， 超声波处理后， 用马尔文公司的 Mastersizer 2000 激光粒度仪测试其粒径分布， 通过粒径分布变化来判断分散性 ． 1. 3 纳米 SiO2 聚乙二醇分散体系流变行为的测定 利用德国 HermoHaake 公司产 DS150L 型哈克流变仪测定纳米 SiO2 聚乙二醇分散体系的
图3
分散体系中纳米 SiO2 平均粒径随球磨 分散时间变化曲线
图4
分散体系中纳米 SiO2 平均粒径随 分散剂含量变化曲线
2. 3 2. 3. 1
纳米 SiO2 聚乙二醇分散体系的流变行为
分散时间对分散体系流变行为的影响 图 5 为不同球磨时间后分散体系的流变行为曲线 ． 从图中可以看出： 1 ） 球磨 3 h 的分散 体系存在先剪切变稀后剪切增稠的临界剪切应力 ， 当到达 B1 点后， 又出现了第 2 次剪切变稀；
纳米 SiO2 聚乙二醇分散体系 （ 又称剪切增稠液体 ） 通常呈浓缩的胶质悬浮液状态， 黏度 随着剪切应力的增加而增加， 有时是不连续的增加， 并且此过程是可逆的， 流变曲线表现为先 剪切变稀后剪切增稠． 它的这种特性通常给生产带来不良影响： 阻塞管道、 破坏设备等． 但近 几年来， 人们将其这种特性化害为利应用于抗冲击领域 ， 研究的热点是将纳米 SiO2 聚乙二醇
图6
纳米 SiO2 聚乙二醇分散体系流变行为随分散剂含量变化曲线
第4期
徐素鹏等： 纳米 SiO2 聚乙二醇分散体系的分散性及流变行为研究
19
多分子吸附， 层间相容性好， 极易相互团聚， 纳米 SiO2 颗粒反而增大， 分散效果差， 体系黏度 ． B ， ， ， 大 当到 4 点后 又出现剪切变稀 同样是是由于剪切应力的进一步增大 使体系中杂乱无章 的纳米 SiO2 团聚体变成有序排列， 体系黏度下降． 2. 3. 3 纳米 SiO2 含量对分散体系流变行为的影响 图 7 是改变 SiO2 含量、 球磨 3 h 后、 不同分散体系的流变行为曲线． 从图中可以看出： 1 ） 3 0. 585 ） 、 种分散体系均存在先剪切变稀后剪切增稠的临界剪切应力 ， 临界点分别为 A1 （ 1. 19 ， A5 （ 0. 35 ， 0. 798 ） 、 A6 （ 8. 876 ， 16. 785 ） ， 1. 014 ） 、 B5 （ 606. 9 ， 2. 395 ） 、 B6 最高点分别为 B1 （ 144. 9 ， （ 30124 ， 143. 012 ） ； 2 ） 随着 SiO2 含量增加， 整个体系的黏度增大， 剪切变稀的效果越来越不明 而剪切增稠的效果越来越明显， 这主要由于固相含量增大， 纳米 SiO2 与 PEG200 间氢键的 显， 导致体系黏度增加， 在剪切增稠后， 形成的三维网状结构也增多， 流动的阻力增 作用力增大， 大； 在剪切变稀阶段， 强的纳米 SiO2 与 PEG200 间氢键的作用力使受到破坏的空间结构很快得 到修复， 所以固相含量高的分散体系剪切变稀效果不明显 ．
而球磨 7 h 的分散体系出现了一直剪切增稠的曲线； 2） 球磨 3 h 体系的表观黏度大于球磨 7 h 的． ［9 － 10 ］ ． 通常， 上述现象产生的原因， 与纳米 SiO2 在有机化合物介质中的结构分布有关 在 纳米 SiO2 呈现 3 种结构： 即纳米粒子链、 链状的三维网状立体结构和疏松 有机化合物介质中， 这 3 种结构在分散体系中的的表观黏度依次增大 ． 当纳米 SiO2 稳 的团聚体堆垒的三维结构， 定分散在 PEG200 中时， 两者之间通过氢键的桥梁作用形成链状的三维网状立体结构自然科学版）
2011 年
外力作用时， 这种氢键的桥梁作用与纳米 SiO2 粒子 间 作 用 力 存 在 着 一 种 动 态 平 衡 （ 由于纳米 SiO2 粒子间作用力，SiO2 粒子 与 PEG 间的氢键会发生断裂形成纳米粒 子链， 同时这些纳米粒子链又因氢键使得 与分 散 介 质 重 新 生 成 氢 键， 建立网状结 构） ； 当分散体系被施加外力时， 增大了氢 键断裂的趋势； 随着外加应力的进一步增 成键的速度远不如氢键断裂的速度， 纳 大， 网状 米 SiO2 粒子链与 PEG 间的氢键减少， 结构逐步被破坏， 形成纳米 SiO2 粒子链， 黏 度出现较为明显的下降； 当达到临界剪切