[发明专利]具有可逆电学行为的基于环氧化天然橡胶的掺合物

说明书

技术领域

本发明涉及一种以用于柔性传感器制造或应用为目标的基于环氧化天然橡胶（ENR）的硫化掺合物和其制备方法。

背景技术

不同类型的填料通过简单地将其引入弹性体基质中而经常被用于改变弹性体的物理行为。通常期望经过填充的弹性体的静态和动态模量、强度、耐磨性和导电率发生变化。

渗流阈值为导电填料的体积分率，在这一体积分率下可以假定连续的互连导电填料网络被创建在其弹性体主体基质内。低于这一体积分率，电阻率相对较高；且高于这一阈值，弹性体化合物表现得像导电体一样。在渗流阈值左右，导电填料粒子将在拉伸应变或压缩模式下重定位以及重定向，且随后引起其电学行为变化。也已知，弹性体化合物的电阻将随着其导电填料的含量增加而减小。

因此，有可能通过仅仅使用基于ENR的导电掺合物来设计并制备一类导电柔性材料。这类柔性材料可以在经由拉伸应变过程改变其物理尺寸期间一致并精确对应地改变其导电率（增大或减小）。

基于普通强化级碳黑（即N330）的天然橡胶和合成橡胶掺合物在仅仅一次应变过程之后就展现出不可重现的电学行为[如K.山口（K.Yamaguchi）等人，应用聚合物科学聚合物物理杂志（Journal of Applied Polymer Science Polymer Physic），2003所报道]。乙烯-丙烯-二烯橡胶、腈橡胶以及硅酮橡胶分别与作为导电填料的普通强化级碳黑的掺合物的导电率也通过增加其试件压缩程度而减小[如K.P.萨乌（K.P.Sau）等人，橡胶化学与工艺（Rubber Chemistry and Technology），2000所报道]。所有这些观测结果都归结于随着普通强化级碳黑粒子在其重定向或重定位过程期间累积而使互连网络永久性破坏。

美国专利5,010,774、6,694,820、6,791,342、7,303,333以及美国专利未决申请号20100126273全部都描述了基于合成聚合物的材料（例如聚酰亚胺衬底）用于传感器装置制造的用途。文献[V.杰哈（V.Jha）等人，应用聚合物科学杂志（Journal of Applied Polymer Science），2010]还报道了有关基于未经化学改性的天然橡胶的材料的成功制备（与一类特种导电级碳黑合并），所述材料在拉伸应变过程中显示可逆的电学行为。

发明公开

技术问题

技术方案

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种用于柔性传感器制造或应用的基于环氧化天然橡胶[ENR]的硫化掺合物，包含：环氧化天然橡胶[ENR]、导电填料以及硫化剂。

将硫化促进剂、硫化活化剂以及硫化助剂选择性地添加到基于ENR的掺合物中以便促进、活化以及增强掺合物的硫化过程。选择性地添加抗氧化剂以希望增强掺合物的抗氧化性。选择性地添加加工蜡以便增强掺合物的可加工性。选择性地添加分散剂以便增强导电填料的分散水平。还选择性地添加着色剂以便调节基于ENR的硫化掺合物的原始色彩水平。

因此，本发明介绍了基于ENR的硫化掺合物作为用于柔性传感器制造和应用的新材料。由这种基于ENR的硫化掺合物制成的目标柔性传感器可以按一致并精确的方式与拉伸应变过程相对应。ENR是一类经过化学改性的天然橡胶，它可以通过使天然橡胶与过氧甲酸反应来获得。ENR也被归类为一种环保并且可持续的材料，因为它来源于巴西橡胶树（Hevea Braziliensis）。若干优点[如I.R.格林（I.R.Gelling），天然橡胶研究杂志（Journal of Natural Rubber Research），1991所报道]可以通过使用基于ENR的掺合物而获得，即，良好的填料分散水平、良好的拉伸特性、良好的抗油性、改良的抗氧化性、低透气性以及高耐磨性。除了所有这些以外，基于ENR的材料还可以展现出更高的阻尼行为（如果与未经改性的天然橡胶相比），这是减震方面的一个优点并且如果用于高精度传感器制造的话就可以减少不必要的噪音。

根据本发明的第二方面，提供一种通过使用内部机械混合装置和开放研磨装置制备基于ENR的硫化掺合物的内部机械混合法。这种方法包含以下步骤：

（a）将ENR添加到内部机械混合装置中；

（b）通过使用内部机械混合装置使ENR与导电填料混合产生母体混合物；

（c）从所述内部机械混合装置卸下包含ENR、导电填料、分散剂（如有添加）、加工蜡（如有添加）、抗氧化剂（如有添加）以及硫化活化剂（如有添加）的母体混合物；