[发明专利]一种纳米复合材料及其制备方法和橡胶组合物以及硫化橡胶及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米复合材料、一种纳米复合材料的制备方法、由该方法制备的纳米复合材料、含有该纳米复合材料的橡胶组合物、由该橡胶组合物制得的硫化橡胶以及该硫化橡胶的应用。

背景技术

随着科学技术的迅速发展，塑料、橡胶和纤维已成为广泛使用的高分子材料，但高分子材料大多易燃。由于高分子材料引起的火灾导致重大伤亡或损失的情况时有发生，因此，提高高分子材料及其产品的阻燃性能具有重要意义。

三元乙丙橡胶(EPDM)分子链柔顺，弹性优良，其大分子侧链上含有少量双键，为硫黄硫化提供反应活性点。与天然橡胶(NR)、丁苯橡胶(SBR)和氯丁橡胶(CR)等通用橡胶相比，EPDM具有特别优良的耐天候、耐臭氧、耐紫外线性能和耐热空气老化性能，因而广泛被用于汽车、地铁高速列车等各种车辆的门窗密封胶条，并且该密封胶条长期使用密封性能好，寿命长。随着人们对车辆安全性、舒适性的要求提高，不但要求车辆门窗密封胶条具有优良的密封性能，而且必需具有良好的阻燃性能和较低的烟雾产生，这对地铁列车尤为重要，以减少火灾造成的财产损失和人员伤亡。然而，EPDM属碳氢链橡胶，非常容易燃烧(极限氧指数LOI约18％)，而且燃烧时产生大量黑色浓烟。传统的有效阻燃方法是加人卤-锑体系，该卤-锑体系具有添加量少、阻燃性能优良、力学性能和加工性能损失小的特点，但毒性大，不符合欧盟的Rosh指令要求；另一种方法是加入大量微米氢氧化物，但阻燃性能和力学性能很难平衡。

CN1923884A公开了一种无卤阻燃三元乙丙橡胶(EPDM)的制备方法。该方法将三元乙丙橡胶、金属氢氧化物、不饱和羧酸盐和过氧化物经共混、硫化制的无卤阻燃三元乙丙橡胶，其中，金属氢氧化物为氢氧化镁或氢氧化铝。该方法虽然对三元乙丙橡胶进行了改性，但其综合的力学性能及阻燃性能并没有显著的优势。

CN100348655C公开了一种埃洛石纳米管(HNTs)制备聚合物复合材料的方法，包括将埃洛石纳米管与聚合物按40-99:0.5-60重量比混合，使埃洛石纳米管均匀分散与聚合物基体中，然后成型得到聚合物复合材料制品，所述聚合物是热塑性塑料、热固性塑料、橡胶中的一种或一种以上，该方法虽然对埃洛石纳米管进行了表面处理，形成了具有明显提高的力学性能和阻燃性能的纳米复合材料，但该复合材料的阻燃性能并没有显著的优势。

CN103772743A公开了一种纳米复合材料及其制备方法和一种硫化橡胶及其应用。该纳米复合材料含有白炭黑、埃洛石纳米管和附着在白炭黑和/或埃洛石纳米管的表面的表面改性剂。其中，所述表面改性剂选自马来酸酐、马来酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、2-巯基丙酸和3-巯基丙酸中的一种和多种。该方法虽然对硫化橡胶的力学性能、热稳定性及抗蠕变性具有明显地改善，但该硫化橡胶的阻燃性能并没有得到提高。

由此可见，提供一种兼具良好的阻燃性能和优良的力学性能的橡胶材料仍是一个亟需接解决的问题。

发明内容

本发明的目的克服现有技术中的橡胶材料不能同时具有良好的阻燃性能和优良的力学性能的缺陷，提供一种纳米复合材料、一种纳米复合材料的制备方法、由该方法制备的纳米复合材料、含有该纳米复合材料的橡胶组合物、由该橡胶组合物制得的硫化橡胶以及该硫化橡胶的应用，由该橡胶组合物制得的硫化橡胶兼具良好的阻燃性能和优良的力学性能。

本发明第一个目的是提供一种纳米复合材料，其中，该纳米复合材料含有埃洛石纳米管、附着在埃洛石纳米管的内表面的氢氧化铝以及附着在埃洛石纳米管的外表面的由埃洛石纳米管与第二改性剂反应后得到的反应生成物，所述氢氧化铝是通过将埃洛石纳米管与含有第一改性剂的水溶液混合后再将所得的混合物与气体接触形成的，所述第一改性剂为能够与埃洛石纳米管的内表面的氧化铝在液相中反应生成铝盐和/或偏铝酸盐的物质，所述气体为二氧化碳和/或氨气；所述第二改性剂为在40-160℃下能够与埃洛石纳米管的外表面的硅氧基和/或硅羟基发生反应形成化学键的物质。