[发明专利]硅铝二元杂化改性胶粉纳米复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米复合材料及其制备方法，具体是一种硅铝二元杂化改性胶粉纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

随着全球橡胶工业的迅速发展，造成了大量废橡胶的堆积，构成了严重的“黑色污染”。生产胶粉成了目前常采用的处理和回收利用废橡胶的主要途径。但是由于胶粉是一交联结构未完全被破坏的聚合物网络，在一定程度上限制了表面分子链的运动，而且含较少反应性基团，具有一定网络结构的不溶、不熔胶粉，在橡胶加工过程中难以形成化学结合，胶粉如直接掺用在橡胶或塑料中，界面难以形成较好的粘接，从而导致复合材料力学性能的大幅度下降。

近些年，利用sol-gel制备的硅铝二元杂化材料由于其具有许多优异的性能，如高熔点、优良的抗蠕变性能、高耐热性、高抗腐蚀性能、高剪切模量、低介电常数、低介质损耗及较好的透光性等特点，而被广泛关注，并已成为正在逐步研究开发的一类新型材料。之前，本发明人申请的胶粉杂化改性技术是采用溶胶-凝胶法，利用含硅的前驱体，在胶粉表面过渡层中生成硅氧有机-无机杂化网络；同时，通过对端基结构进行控制，可根据需要选用极性、非极性、功能性等基团，从而提高改性胶粉纳米复合材料与基体的相容性。

发明内容

本发明的目的是提供一种硅铝二元杂化改性胶粉纳米复合材料及其制备方法。

本发明的硅铝二元杂化改性胶粉纳米复合材料的制备方法包括如下步骤：

(1)将水、无水乙醇和含硅的前驱体加入容器中，用氨水调节pH值7.0-9.0，30-60℃下搅拌0.5-2h；再加入胶粉，30-60℃下搅拌2-10h；再加入含铝的前驱体，用盐酸调节pH值至7.0，30-60℃下搅拌2-10h；

(2)抽滤，干燥至恒重。

上述原料重量份用量如下：

胶粉            100

含硅的前驱体    1～80

含铝的前驱体    0.5～80

有机硅氧烷      0～30

水              2～25

溶剂            100～1000

催化剂          0～0.35

优选方案如下：

胶粉            100

含硅的前驱体    5～40

含铝的前驱体    5～40

有机硅氧烷      0～30

水              5～25

溶剂            200～500

催化剂          0.05～0.30

所述的胶粉为20目～200目废胶粉。

所述的溶剂为无水乙醇。

所述的含硅的前驱体为正硅酸乙酯或硅酸钠。

所述的含铝的前驱体为硫酸铝、硝酸铝或三氯化铝。

所述的催化剂是氨水、盐酸。

所述有机硅氧烷为RSiX3，式中R为非水解的、可与高分子聚合物结合的有机官能团，如甲基、乙烯基、氨基、环氧基、巯基、丙烯酰氧丙基等；X为可水解基团，典型的X基团有烷氧基、芳氧基、酰基、氯基等；最常用的则是甲氧基和乙氧基。常见的有机硅氧烷包括γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、γ-硫丙基三乙氧基硅烷、γ-氯丙基三乙氧基硅烷或长链烷基三甲氧基硅烷。

本发明采用的胶粉是废旧橡胶经机械方法粉碎或研磨制成的粉末物质，具有一定的弹性和强度。将其具有良好弹性这一特点将其应用于水泥混凝土中，对普通混凝土增韧，同时又可以大量解决废橡胶的处理问题，形成了一种新型的“橡胶粉-混凝土”复合材料，可应用到道路、桥梁、城市高架道路、高速公路、铁路轨枕、机场跑道等地方。据报道，目前制备的废橡胶粉-混凝土复合材料虽然能在一定程度上有效提高混凝土的弹性，具有较好抗冲击性能和减震隔音性能，但由于胶粉与混凝土的界面结合较差，导致混凝土强度明显降低。

本发明与现有技术相比具有如下优点：