[发明专利]充油型丁腈橡胶/凹凸棒石纳米复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明所属领域为高分子材料技术领域，具体为一种利用乳液共混共凝法制备充油型丁腈橡胶/凹凸棒石纳米复合材料的方法。

背景技术

近年来，聚合物基纳米复合材料是材料学领域研究的热点，由于它既具有优异的综合性能等特点，已成为纳米复合材料的最重要的前沿研究方向。凹凸棒石典型的化学式为Mg₅Si₈O₂₀(OH)₂(OH₂)₄·4H₂O，是一种含水富镁铝的硅酸盐矿物，结构独特，单根纤维晶的直径在20-70nm左右，长度约为0.5-5μm，是一种天然的一维纳米材料，具有诸多优异性能，被称为“千土之王，万用之土”。产品不仅涉及化工、机械、能源、汽车、轻工、冶金、建材等传统行业，而且进入以信息、生物、航空航天、海洋开发、新材料和新能源为代表的高技术产业。随着新的应用要求不断出现，其应用范围也将进一步拓宽。

近年来，橡胶/凹凸棒石纳米复合材料的研究的较多，但是大多停留在理论研究阶段，还未发现橡胶/凹凸棒石复合材料工业化的报道。这是因为橡胶行业传统的加工方法为机械混炼法，但是由于凹凸棒石纳米棒晶在通常情况下容易团聚，虽然属于层状硅酸盐矿物，但由于结构特殊，凹凸棒石是一种内部布满与延长方向一致的孔道的、富含沸石水、配位水和结构水的纤维。吸水后不膨胀。因此，凹凸棒石不能像蒙脱石那样可借助大分子链的作用扩大层间距，剥离出纳米尺度的片层。橡胶行业传统的机械加工方法存在分散性能不好，难以制备成性能优良的纳米复合材料，导致其不能充分发挥纳米材料效应。

中国专利“凹凸棒石与天然橡胶纳米复合材料的制备方法”(申请号：200610125573.2，公开号：CN1995117A)公开了一种采用乳液共混共凝法制备凹凸棒石/天然橡胶纳米复合材料。该方法是将改性后的凹凸棒石与橡胶乳液直接混合，然后加酸絮凝即制备了橡胶/凹凸棒石纳米复合材料。但是橡胶大分子链与凹凸棒石的相容性差，难以使得加入的凹凸棒石全部填充到橡胶中去。因此，需要选择合适的改性试剂和条件对其进行表面改性，增加其与聚合物基体的相容性、界面结合力和在聚合物基体中的分散性，才能够实现凹凸棒石和聚合物基体在纳米尺度的复合，制备出性能优异的聚合物/凹凸棒石纳米复合材料。中国专利“充油型丁苯橡胶SBR1712/凹凸棒石纳米复合材料的制备方法”(申请号：200910129810.6，公开号：CN101508801A)，选用油作为凹凸棒石与橡胶的浸润剂。油是橡胶制品中不可或缺的一个重要部分，油的加入可以降低混炼时间、减少能耗，改善橡胶的加工性能。而且充油橡胶具有生热小，滞后损失少，低温曲挠寿命长等优点。上述专利是先将凹凸棒石与橡胶乳液复合，然后再加入乳化好的油，然后絮凝制备出了充油型橡胶/凹凸棒石纳米复合材料。如果将油的乳化和凹凸棒石的改性同时进行，既可以提高凹凸棒石与橡胶大分子的相容性，制备出性能优异的橡胶/凹凸棒石纳米复合材料，又可以减少制备工艺步骤，缩短时间。

发明内容

本发明为在现有技术基础上，提出一种新型的充油型丁腈橡胶/凹凸棒石纳米复合材料的制备方法，即在油的乳化过程中，加入凹凸棒石和改性剂，然后在搅拌装置中，将丁苯胶乳与乳化油跟凹凸棒石的混合液复合，絮凝干燥即制备了充油型丁腈橡胶/凹凸棒石纳米复合材料。该方法具有以下的优点：(1)可以在不改变工厂现有的生产设备和工艺条件下，解决了丁苯胶乳与凹凸棒石复合的难题，并同时将油充入，制备了性能优异的充油型丁苯橡胶/凹凸棒石纳米复合材料。(3)该方法工艺简单，可操作性强，可以直接应用于充油型丁腈橡胶纳米复合材料的工业化生产。(3)提高了凹凸棒石与橡胶大分子链的相容性，具有优异的综合性能。同时可以使得加入的绝大部分凹凸棒石均充入到橡胶中，而不会出现大量凹凸棒石未填充入橡胶中的现象。

为了实现上述发明，其主要按照以下步骤操作：