[发明专利]一种纳米层状硅酸盐/氟橡胶母胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及橡胶母胶，具体涉及一种纳米层状硅酸盐/氟橡胶母胶及其制备方法。

背景技术

自从二十世纪末纳米技术的出现，纳米材料的独特性能引起研究者们的广泛关注，其因平均粒径小、比表面积大及表面能高而显示出独特的小尺寸及表面效应，具有常规尺度材料无可比拟的性能。因其(填充粒子特征尺寸小于100纳米)表面原子数急剧增加而处于高能态，很不稳定，从而使得其复合材料研究主要集中于分散性和表面/界面特性，也成为其聚合物基复合材料领域研究热点之一。

国内外研究者制备聚合物基纳米复合材料的方法主要有溶胶凝胶法、原位聚合法和共混法等。在橡胶工业中，其普遍采用的制备方法为共混法，该方法包括溶液共混、乳液共混和机械共混等，其优点为纳米粒子制备与橡胶复合材料制备分步进行，可控制纳米粒子的形态和尺寸，但是纳米粒子的强团聚趋势，共混过程中难以使该粒子均匀分散于基体中，从而存在亚微米或微米级软团聚体，增加了填料与基体的界面缺陷，降低了其机械性能。目前，橡胶工业广泛使用的无机填料有白炭黑、炭黑、叶蜡石、高岭土、滑石粉和海泡石等，而传统共混工艺只能使之达到微米级分散，对橡胶基体的补强有限。因此，如何将无机材料在纳米尺度上均匀分散于橡胶基体中形成新型高性能、多功能纳米复合材料已成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对目前利用纳米粒子改性橡胶基复合材料时，纳米粒子因高比表面能而团聚，进而降低橡胶复合材料机械性能的不足，提供一种利于橡胶机械混炼的纳米层状硅酸盐/氟橡胶母胶及其制备方法，该方法可以使纳米粒子均匀分散包裹于氟橡胶基体中。

本发明所述的纳米层状硅酸盐/氟橡胶母胶，每100g氟橡胶含有25～50g纳米层状硅酸盐。

上述技术方案中，所述的氟橡胶可以是26型氟橡胶或246型氟橡胶，也可以是26型氟橡胶和246型氟橡胶以任意比例混合得到的橡胶基体。

上述技术方案中，所述的层状硅酸盐可以是纳米纤维状海泡石和/或纳米层状蒙脱土；当纳米层状硅酸盐的选择为上述海泡石和蒙脱土的组合时，海泡石和蒙脱土之间的配比可以是任意配比。

本发明还提供上述纳米层状硅酸盐/氟橡胶母胶的制备方法，包括以下步骤：

1)取纳米层状硅酸盐加水形成纳米层状硅酸盐悬浮液，将其置于容器中，加入分散剂、硅烷偶联剂和无水乙醇，搅拌均匀后回流反应，得到有机改性纳米层状硅酸盐的水相悬浮液，将该水相悬浮液和有机溶剂混合均匀后进行有机相和水相的分离，收集有机相悬浮液，即为有机改性纳米层状硅酸盐的有机相悬浮液Ⅰ；

2)取氟橡胶固体溶解于有机溶剂中，得到氟橡胶的有机溶液，将该有机溶液缓慢加入到上述有机改性纳米层状硅酸盐的有机相悬浮液Ⅰ中，得到有机相悬浮液Ⅱ；

3)取一定量的水置于容器中，加热至体系的温度高于上述所选择的有机溶剂的沸点，在搅拌条件下将上述有机相悬浮液Ⅱ缓慢加入到水中，同时回收有机溶剂；滴加完毕后，过滤，干燥，即得到纳米层状硅酸盐/氟橡胶母胶微粒。

上述制备方法，所述的有机溶剂可以丁酮、乙酸乙酯或丙烯酸甲酯。在步骤1)中，以1g纳米层状硅酸盐为基准，有机溶剂的用量通常为25～50mL，在将该水相悬浮液和有机溶剂混合均匀，静置分层后，通常采用分液漏斗或分液釜进行有机相和水相的分离。在步骤2)中，以1g氟橡胶含量为基准，有机溶剂的用量通常13～15mL。

上述制备方法的步骤1)中，所述纳米层状硅酸盐、分散剂、偶联剂和无水乙醇的重量比通常为2～15：1～5：1～5：50～200，优选为5～10：2～3：2～4：100～150。该步骤中分散剂的选择与现有技术相同，通常可以是六偏磷酸钠、水玻璃或焦磷酸钠。

上述制备方法的步骤1)中，所述硅烷偶联剂的选择与现有技术相同，优选为偶联剂KH570和/或偶联剂Si69。

上述制备方法的步骤1)中，水的用量优选为使纳米层状硅酸盐悬浮液中纳米层状硅酸盐的密度为10～20g/L。

上述制备方法的步骤1)中，回流反应通常在80～90℃条件下进行，可以采用薄层层析跟踪检测回流反应是否完全，在上述限定条件下，反应至完全大约需要2～4h的时间。

上述制备方法的步骤2)中，可以通过冷凝回流装置对有机溶剂回流冷凝，以回收有机溶剂。

上述制备方法的步骤3)中，当有机溶剂的选择为丁酮时，优选是加热至≥90℃再加入有机相悬浮液Ⅱ；当有机溶剂的选择为丙烯酸甲酯时，优选是加热至＞85℃再加入有机相悬浮液Ⅱ；当有机溶剂的选择为乙酸乙酯时，，优选是加热至＞80℃再加入有机相悬浮液Ⅱ。