[发明专利]一种三元乙丙橡胶/蒙脱土纳米复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料加工领域，具体涉及一种三元乙丙橡胶/蒙脱土纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

橡胶的气密性是指橡胶对气体的透过行为，一般用气体的渗透率来表征。橡胶对气体的透过性，是橡胶制品的重要物理性能之一。橡胶是一类低玻璃化温度（Tg）的高分子材料，使用温度总是远高于Tg。因此，同玻璃态聚合物相比，其气体阻隔性能很低。随着橡胶工业的发展，越来越多的场合在应用橡胶的气密性能，如在轮胎行业，气密性是内胎胶或内衬层材料所需要的最重要的性能，在核电和国防工业中，为保证系统的安全性和可靠性，对系统内具有化学活性的氧气、水汽，以及尺寸更小的氢气等小分子气体有严格的限制，大量需要对小分子气体有良好阻隔性能的弹性密封材料，而核电、武器等系统的运行环境对材料的耐老化性能，尤其是耐辐射性能提出较高要求，一般工业中常用的气密性较好的丁基橡胶耐辐射性能较差，而耐辐射性能好的硅橡胶气密性差，都不能满足系统的需求。

纳米复合的方法可以有效的降低气体对高分子材料的渗透作用。层状粘土纳米粒子填充的高分子材料中，由于片状硅酸盐的存在，延长了小分子气体在基体中扩散路径，从而提高了复合材料的阻隔性。利用原位插层聚合、熔体插层、溶液插层、乳液插层方法可制备出层状粘土纳米复合材料。张立群等提出的“粘土/橡胶纳米复合材料的制备方法”（ZL98101496.8）专利技术就是采用乳液插层法制备复合材料。由于分散相为层状无机纳米粒子，纳米粒子具有的表面积效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道等效应会影响聚合物链段运动、分子链之间相互作用和相结构，从而使复合材料具有密度小，高强、高韧等优良性能。由于纳米复合材料优良的综合性能，而具有天然纳米结构的粘土资源丰富，价格低廉，聚合物/粘土纳米复合材料为各国近年的研究与产业化热点。高分子纳米复合材料的制备主要集中在：蒙脱土与PA、PET、PE、PP的复合上。

高分子纳米复合材料的阻隔性能与无机粒子在高分子本体中的分散性和分布情况有直接关系。只有纳米填料与聚合物界面有较好的结合时，纳米粒子在聚合物本体中才会均匀分散，此时气体在聚合物中的溶解度随填料体积分数增加而直线降低；若填料与聚合物结合不好，则会在聚合物中形成一些“空洞”，反而增加了气体在聚合物中的溶解度，降低材料的气密性。

目前使粘土在橡胶中插层或剥离常见的方法是采用有机改性剂对无机粘土表面进行有机改性，增强无机粘土与橡胶分子界面的亲和性，便于橡胶大分子的插层。这种复合材料中有机改性粘土与橡胶基体界面通常是物理结合，受到外力时，粘土与橡胶界面易发生滑移而影响复合材料性能。张立群等在专利“硅烷偶联剂改性的粘土与丁苯橡胶纳米复合材料的制备方法”（申请号200610114731.4）中公开了一种提高粘土与丁苯橡胶复合材料界面强度和性能的方法。采用硅烷偶联剂改性粘土，制备具有优异力学性能的粘土/丁苯橡胶纳米复合材料。但是这种方法需要粘土与橡胶乳液进行加工，也就是说只适用于有橡胶乳液的品种，存在一定的局限性。

橡胶是重要的柔性密封材料，但由于其分子链间较小的内聚力和较大的自由体积，对气体的阻隔性能不佳。采用无机阻隔剂虽然可以改善其阻隔性能，但通常无法克服基体本身阻隔性能较差的问题，同时会带来无机/有机材料界面缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种气密性、力学性能和耐辐射性能均较佳的三元乙丙橡胶/蒙脱土纳米复合材料及其制备方法，克服了有机/无机界面缺陷的问题。

为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：

一种三元乙丙橡胶/蒙脱土纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：改性蒙脱土的制备：将插层剂加入到蒙脱土悬浮液中，搅拌反应后，经过抽滤、洗涤、干燥得插层剂改性蒙脱土；此步骤通过离子交换反应将含有不饱和双键的长链的插层剂分子链引入蒙脱土层间，实现层状蒙脱土表面的有机官能化。

步骤二：混炼：将步骤一的插层剂改性蒙脱土与助剂加入到三元乙丙橡胶中进行密练，得到的胶料冷却后加入硫化剂进行混炼，得到混炼胶；

步骤三：将步骤二的混炼胶进行硫化即得三元乙丙橡胶/蒙脱土纳米复合材料。