[发明专利]一种利用超临界流体技术制备复合型导电橡胶的方法

说明书

本发明公开了一种利用超临界流体技术制备复合型导电橡胶的方法。本发明的制备方法包括如下步骤：将橡胶、导电纳米颗粒装入高压容器中；在高压容器中加入溶剂介质，控制高压容器中的介质温度、压力达到所述溶剂介质的超临界点以上，保持温度和压力恒定，使橡胶在超临界流体介质中充分溶胀；对高压容器中的混合物进行搅拌或超声一定时间；反应完成后快速泄压，得到浸渍了导电纳米颗粒的复合型导电橡胶材料。本发明具有制备方法简单易行，且反应绿色环保，有很大的工业应用前景等优点。

技术领域

本发明属于功能材料制造技术领域，特别是涉及一种利用超临界流体技术制备复合型导电橡胶的方法。

背景技术

导电橡胶广泛的应用于抗静电、电容器、电磁屏蔽以及传感器等方面，导电高分子材料替代金属材料是今后材料学科领域的发展趋势，由此带来导电性高分子的市场需求也将日益增长。其中，导电橡胶是将纳米碳、银等导电颗粒均匀分布在天然橡胶或硅橡胶基地中制备得到的具有优异弹性的导电高分子材料，在军事和商业上都有着广泛的应用。

将石墨烯、碳纳米管、导电炭黑等碳系导电纳米材料或银、铜等金属纳米材料均匀分散混合在橡胶材料中，是制备导电橡胶的通常使用的常规方法。但由于尺寸小，表面能大，纳米材料在基体中的均匀分散一直以来是一个技术难点。以石墨烯这一目前最受瞩目的导电碳纳米材料为例，为了解决这一难题，往往采用先将氧化石墨烯与橡胶先混合，再将氧化石墨烯还原为还原氧化石墨烯的路径。但这种路径一方面增加了材料处理的环节，增加了大量有毒有害的氧化剂及还原剂的使用，另一方面，相较本征石墨烯，还原氧化石墨烯的导电率大大下降，这也显著影响了复合物整体的导电性能。利用喷涂技术将导电纳米颗粒喷涂在橡胶基体上形成一层导电涂层，是制备导电橡胶的另外一种解决方法。这种方法虽然避免了导电填料和基体材料间难以均匀分散的问题，但无法确保涂层和衬底之间的紧密连接，降低了复合材料使用的持久性及耐受性。表面浸渍是另外一种可行方法，该方法将导电颗粒渗透进橡胶基底中，在材料表面形成有一定厚度的渗透层。这种方法中，导电纳米颗粒紧密的镶嵌在橡胶分子之中，确保了渗透层的稳定性。导电材料高密度的集中分布在与外界相接触的材料表面附近形成导电通路，使得导电材料能够被充分的利用，较少的填充量就能为复合材料带来较高的导电性能。

表面浸渍方法中有两个关键之处，一个是将基底材料的分子间距拉大，为导电填料的进入提供可能和场所，另一个是将纳米材料及时的运送到间距拉大了的橡胶分子之中，使其镶嵌在其间。Boland等曾将天然橡胶浸泡在甲苯中溶胀后，再将溶胀后的橡胶浸泡到含有石墨烯的NMP/水(NMP：水＝20：80，体积比)分散液中，利用物质间溶解度系数的匹配让石墨烯渗透并嵌入到橡胶基体中。待复合材料干燥后便得到浸渍了石墨烯层的导电橡胶复合材料。该材料的导电性良好，能够成功的应用在应力传感器中。但该方法中高毒性甲苯的大量使用对环境有极大破坏作用，较长的制作周期也限制了该方法的推广。

超临界流体的表面张力近似为零，具有超强的渗透力和穿透力，是均匀分散纳米颗粒的良好介质，曾用于将银等纳米颗粒均匀地分散在介孔材料孔隙中或沉积在衬底表面。基于此，本发明利用超声或搅拌辅助超临界流体的方法制备浸渍了导电纳米粒子的导电橡胶制品，本发明制备的导电橡胶，可应用于防静电材料、电磁屏蔽材料、隐身材料等。本发明的方法绿色环保，当采用超临界二氧化碳做为介质时，对环境不产生任何污染，有着很大的工业应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用超临界流体技术制备复合型导电橡胶的方法。本发明具有制备方法简单易行，且反应绿色环保，有很大的工业应用前景等优点。

为了达到上述的目的，本发明采取以下技术方案：

一种利用超临界流体技术制备复合型导电橡胶的方法，包括如下步骤：

(1)将橡胶、硫化剂、导电纳米颗粒装入高压容器中；

(2)在高压容器中加入溶剂介质，控制高压容器中的介质温度、压力达到所述溶剂介质的超临界点以上，保持温度和压力恒定，使橡胶在超临界流体介质中充分溶胀；