[发明专利]一种高耐磨二硫化钼/丁苯橡胶纳米复合材料及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种高耐磨二硫化钼/橡胶纳米复合材料及其制备。特别涉及一种经过超声法剥离后的二硫化钼悬浮液与橡胶乳液纳米复合材料及其制备方法。

背景技术：

本发明是制备高耐磨二硫化钼/橡胶复合材料，用于轮胎、输送带、密封件及鞋底等材料中，这类材料在使用过程中必然会产生摩擦和磨损。

橡胶磨耗被认为是一种破坏现象，但它与拉伸试验和撕裂试验的情况不同，是由反复向橡胶材料表面施加摩擦力引起的微小区域的破坏。耐磨性能是一个与橡胶制品使用寿命密切相关的力学性能。提高橡胶材料的耐磨性能在节约能源方面具有重要意义。

传统的橡胶增强填料如炭黑，不但可以对橡胶制品起到补强的作用还可以大幅提高耐磨性能，但是炭黑本身会对环境产生污染。新的抗磨损材料主要是在橡胶中加入颗粒、晶须和纤维等增强填料来提高耐磨性能，但是晶须或者纤维材料的加入往往难以解决界面问题或者因粒子尺寸太大而严重影响材料或制品的应用性能。

本发明提出使用超声法剥离后的纳米二硫化钼(MoS₂)作为耐磨填料，与橡胶共混，来制备具有高耐磨性能的橡胶纳米复合材料。

本发明所涉及的改善耐磨性能的机理是：经过超声法剥离的二硫化钼，尺寸变小达到纳米尺度，这就奠定了纳米填料补强的基本要求，粒径越小，与橡胶的自由体积相配越好，阻止微裂纹扩展的能力也越高。二硫化钼粒径越小，比表面积越大，表面效应越强，限制橡胶大分子运动的能力和承载效率也越高，因此可以改善复合材料的力学性能。同时，由于二硫化钼片层之间是较弱的范德华力(润滑作用)，极易劈开吸收摩擦力，这样橡胶与橡胶之间的直接摩擦就变成片层之间的间接摩擦，从而提高橡胶的耐磨性。

发明内容：

本发明提出以超声法剥离的二硫化钼作为耐磨填料，与橡胶复合，制备具有高耐磨性能丁苯橡胶纳米复合物。

其组成和质量为：

所用的丁苯橡胶为乳聚丁苯，牌号1502。

硅烷偶联剂为双(三乙氧基硅丙基)四硫化物(Si69)。软化剂为芳烃油和直链烷烃油类。防老剂为对苯二胺衍生物类。交联剂为硫磺。促进剂为噻唑类促进剂和次磺酰胺类促进剂以及二苯胍类促进剂。同时还加入一定重量份数的氧化锌和硬脂酸。

其中用到了补强填料为白炭黑或炭黑。

制备过程如下：

a.二硫化钼悬浮液和絮凝水的制备

(1)二硫化钼悬浮液的制备

首先将质量为2～10g的二硫化钼加入到悬浮剂(N-甲基吡咯烷酮)中(悬浮剂N-甲基吡咯烷酮用量为1g/100ml)，经过超声剥离1小时制得二硫化钼悬浮液备用。

(2)絮凝水的制备

在质量为3000g的水中加入30g浓H₂SO₄溶液，搅拌混合均匀，制得絮凝水备用。

b.部分原料预混合

将质量为100g(以干胶计)的丁苯橡胶胶乳放入预混合搅拌釜中，再顺序加入步骤a(1)中制备的二硫化钼悬浮液，搅拌混合30分钟备用。

c.絮凝

在絮凝釜中，加入步骤a(2)中制备的絮凝水，然后将步骤b预混合好的原料，搅拌直至絮凝完全，洗涤至中性，烘干制得丁苯橡胶母胶。

d.制备硫化胶

在开放式炼胶机上将烘干的丁苯橡胶母胶包于双辊，加入氧化锌3～5g，硬脂酸2g，防老剂2～3g，硅烷偶联剂0～4g，此过程为常温加工，在强剪切及橡胶高粘度双重作用下，保证上述物质高效分散，然后加入补强填料0～50g、软化剂0～5g、促进剂0.1～2g和交联剂1.5～2.8g，而后薄通，最终获得复合材料混炼胶。然后在一定温度下硫化，获得复合材料的硫化胶。这样我们就制备出了高耐磨性能的二硫化钼/橡胶纳米复合材料。

1.进一步，所述原料组分中的丁苯橡胶为乳聚丁苯，牌号为1502。

2.进一步，所述原料组分中的补强填料为炭黑或白炭黑。

3.进一步，所述原料组分中防老剂为对苯二胺衍生物类(N-异丙基-N＇-苯基对苯二胺)。

4.进一步，所述原料组分中交联剂为硫磺，促进剂为噻唑类促进剂、次磺酰胺类促进剂或二苯胍类促进剂(N-苯己基-2-苯骈噻唑次磺酰胺和2-硫醇基苯并噻唑，1,3-二苯胍)。

5.进一步，所述原料组分中软化剂为直链烷烃油类或芳烃油类，硅烷偶联剂为双(三乙氧基硅丙基)四硫化物(Si69)。

附图说明：

图1是未经过超声剥离的二硫化钼粒子的扫描电镜(SEM)照片。