[发明专利]一种高强度自愈合橡胶材料以及制备方法

说明书

本发明公开了一种高强度自愈合橡胶材料以及制备方法，该橡胶材料包括以下原料：卤化丁基橡胶、吡啶衍生物接枝改性氮化硼纳米片、纳米氧化锌、白炭黑、促进剂、防老剂。本发明首先通过将氮化硼纳米片与吡啶类乙烯基单体进行自由基聚合，得到侧链含有吡啶结构的聚乙烯聚合物接枝改性氮化硼纳米片，并通过调节引发剂的加入量和反应时间可以在一定程度上控制接枝上聚合物的重量份数，因该结构的氮化硼具有良好的机械性能，与卤化丁基橡胶基体具有良好的相容性，在通过机械共混法将其均匀分散于卤化丁基橡胶基体中时能够形成动态离子交联键，从而赋予最终得到的橡胶材料具有高拉伸强度和高自愈合性能，且制备方法工艺简单，易于实现规模化。

技术领域

本发明涉及橡胶制品技术领域，尤其涉及一种高强度自愈合橡胶材料以及制备方法。

背景技术

橡胶材料在长期使用过程中，受环境因素或外力作用影响，不可避免的会产生难以检测的微裂纹或者微损伤。这些缺陷作为应力集中点，在材料使用过程中不断生长扩大，会导致材料的性能大幅下降，影响使用安全性和使用寿命。受生物体损伤后能自我愈合的启发，自愈合材料应运而生。

自愈合又称自修复，是指材料在受损初期所产生的微裂纹、微损伤能够得到及时修复，避免其发展为破坏性的裂纹，从而有效的提高材料的安全可靠性和使用寿命。自愈合橡胶材料有许多潜在用途，包括日常用品，如生物医学和食品包装、压力和危险液体容器、轮胎和充气组件等，以及一些特殊应用场合，特别是在航空航天领域，通过使用自愈合橡胶可以有效提高材料的稳定性和使用寿命，在传感器和人造皮肤方面其也具有潜在的应用前景。依据愈合机理，自愈合橡胶可分为外援型和本征型两大类。其中，本征型自愈合橡胶可利用材料本身的结构特性，通过共价或非共价作用的动态特性使材料愈合，部分或完全恢复材料受损前的性能。因其无需额外添加修复剂，且不必考虑外加物与基材的相容性，在一定外场刺激下依靠可逆键的断裂～形成即可实现损伤的多次修复。所以，是当前设计自愈合橡胶最主要的手段，也是自愈合橡胶未来的主要发展方向。

目前，关于自修复橡胶的技术主要依靠外加微胶囊和构建离子聚合物方法。如US8962730B2公开了一种自愈合的轮胎胎肩橡胶材料配方。首先，丁苯橡胶与含有巯基以及三联吡啶基团的化合物反应，得到三联吡啶基团接枝的丁苯橡胶；橡胶配方中还含有金属盐，例如七水合硫酸亚铁、氯化亚铁、二氯化镍、氯化钌、硬脂酸钴、硬脂酸锌等物质的一种或多种，能提供Cu²⁺、Fe²⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺、Ru²⁺等离子；在橡胶材料使用过程中，材料中Zn²⁺、Co²⁺等离子与丁苯橡胶的三联吡啶基团发生配位反应及其逆反应，从而实现橡胶材料的自愈合，但是，发明人发现：仍然缺少同时具有优异的力学性能，并能以高的修复效率实现自修复的天然橡胶材料。CN109485928A公开了一种自修复橡胶的制造方法，该方法包括：先利用环氧改性剂对橡胶基体进行改性，并通过氢键的断裂与再键合，制备不饱和转移剂，及后续添加助剂，提升了最终制备的橡胶的自修复能力，制备的橡胶自修复能力最高达67％。但以上研究未能在产品的机械性能和自修复效率中达到二者兼顾的目的，为此本发明提出一种高强度自愈合橡胶材料以及制备方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种高强度自愈合橡胶材料以及制备方法。

一种高强度自愈合橡胶材料，包括以下重量份的原料：卤化丁基橡胶100份、吡啶衍生物接枝改性氮化硼纳米片3～15份、纳米氧化锌1～5份、白炭黑8～26份、促进剂0.2～1份、防老剂5～9份。