[发明专利]木质素修饰层状双氢氧化物及其制备方法、橡胶复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料领域，尤其涉及木质素类化合物修饰层状双氢氧化物及其制备方法，以及以该木质素类化合物修饰层状双氢氧化物作为补强剂的橡胶复合材料。 

背景技术

层状双氢氧化物（Layered double hydroxide，简称LDH），又称阴离子粘土或水滑石类化合物，其层板由二价(如Mg²⁺)和三价(如Al³⁺)金属氢氧化物组成，带正电，层间有可交换的阴离子（如NO₃^-或CO₃^2-）和结晶水分子。镁铝型LDH由于既具有Mg(OH)₂在阻燃时具有的起始分解温度高、吸热量大、抑烟能力强的特点，又具有Al(OH)₃在阻燃时具有的促进成炭、抑烟的特点，还具有蒙脱土的层板阻隔的特点而受到广泛重视。若将其应用于聚合物基体如橡胶中可提高聚合物基体的阻燃性能。然而LDH的粒度较小，表面具有大量活性羟基，容易在聚合物基体中团聚，且LDH本身是种无机材料，其与多数聚合物材料的界面相容性差，在聚合物基体中不易均匀分散，若直接将其填充在聚合物基体中容易引起应力分布不均，材料物理性能如力学性能下降。因此，有必要在使用前对LDH进行有机改性，提高其与聚合物基体的相容性，使其在聚合物基体中均匀分散。 

发明内容

本发明一实施例提供木质素类化合物修饰LDH及其制备方法，以及将该木质素类化合物修饰LDH作为橡胶填料添加至橡胶基体中制备橡胶复合材料。 

该木质素类化合物修饰LDH中，按质量百分比，含水量为10%～70%，木质素类化合物与LDH的质量比为1:2～1:10。 

该木质素类化合物修饰LDH可按以下步骤制得：于室温条件下，将一定量的木质素类化合物溶于重量浓度为5%～30%的氢氧化钠溶液中，机械搅拌1h，制得木质素溶液；所述木质素类化合物包括碱木质素、硫酸盐木质素、木质素磺酸盐或者羟甲基化木质素中的至少一种；配制含有二价金属离子和三价金属离子的混合水溶液，其中二价金属离子和三价金属离子摩尔比为1:1～4:1，金属离子总浓度为0.1～3摩尔/升的混合水溶液，金属离子与木质素类化合物的质量比为（12:1～3:5）；所述二价金属离子可为Mg²⁺、Zn²⁺、Fe²⁺、Cu²⁺、Ca²⁺、Sn²⁺、Cr²⁺、Pb²⁺中的一种，三价金属离子可为Al³⁺、Cr³⁺、Mn³⁺、Fe³⁺、Ti³⁺、Ga³⁺中的一种；向所 述木质素溶液中同时滴加所述金属离子混合水溶液和质量浓度为5%～30%的碱溶液，机械搅拌并保持pH值为7~13，直至金属离子混合溶液滴完；继续搅拌0.5～3h，静置于50～90℃的水浴中晶化12～48h冷却过滤，用去离子水或蒸馏水洗涤固体，干燥得到含水量为10～70%的木质素修饰LDH。 

该木质素类化合物修饰LDH可作为补强剂添加到橡胶中，不但可以提高的橡胶力学性能，还可以降低橡胶加工改性成本。 

本发明一实施例提供的橡胶复合材料中，包括橡胶基体以及分散在该橡胶基体的木质素化合物修饰LDH，其中，按质量比，以纯LDH计，橡胶基体与该木质素化合物修饰LDH之比为100:（10~30）。 

与现有技术相比，本技术方案利用木质素类化合物作为阴离子表面活性剂对LDH进行原位改性，解决了纯LDH在橡胶基体分散性不佳的关键技术问题。该木质素类化合物可由生物质原料获得，来源丰富，成本低廉，以其改性LDH的工艺简单，且制得的改性LDH能均匀分散在橡胶基体中，克服了传统橡胶补强剂成本高、污染环境的缺点。 

附图说明

图1中a为未经改性的纯LDH的XRD示意图，b为木质素磺酸钠修饰LDH(S-LDH)的XRD示意图； 

图2中a、b、c分别为NBR、10LDH/NBR、10S-LDH/NBR的扫描电镜图。 

具体实施方式

本发明提供的木质素类化合物修饰层状双氢氧化物中，按质量比，含水量为10%～70%，木质素类化合物与LDH质量比为1:2～1:10，其可按以下步骤制得：