[发明专利]一种碳管/丁苯橡胶/顺丁橡胶复合材料及制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种碳管/丁苯橡胶/顺丁橡胶复合材料及其制备方法和应用。所述复合材料包括丁苯橡胶和顺丁橡胶100重量份、改性纳米碳管1～50重量份、填料1～100重量份和硫化剂1～20重量份。本发明采用偶联剂改性纳米碳管，能提升复合材料的耐磨性能，同时降低复合材料18微米以下小颗粒排放。并且本发明工艺简单，易于实现工业化生产。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体地说，是涉及一种碳管/丁苯橡胶/顺丁橡胶复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

纳米碳管(CNT)是一种管状纳米级石墨晶体，它的强度十分高，理论计算大大超过钢铁强度。同时它还具有极大的表面积，化学性质稳定，导热性能好。由于优异的性能，且比表面积较大，近年来得到了长足的发展。这使得碳纳米管在场发射、导电塑料、热导体、热界面材料、纤维、催化剂载体、储氢等方面具有极大的应用潜能。碳纳米管的各项性能比较优异，目前已在透明导电膜、锂离子电池等中实现了广泛使用，但是目前尚未在聚合物基材料等中的大规模应用。这一方面是由于碳纳米管本身存在的缺点造成的。碳纳米管主要存在以下缺点：(1)碳纳米管具有很高的长径比，且分子间存在极强的范德华力，极易缠结，难以在聚合物中分散。如何将碳纳米管分散于基体物质中已成为制备纳米复合材料的关键。(2)碳管表面化学惰性极强，几乎不存在任何活性反应官能团，这使得碳纳米管无法与基体相产生有效的化学界面作用。因此，在制备碳管复合材料之前，通常需要对碳纳米管进行表面改性等预处理。

耐磨传统橡胶复合材料，主要通过大量填充传统填料如炭黑、白炭黑等。但其未考虑小于18微米以下的小颗粒排放量，因为极小颗粒排放与大颗粒排放的机理完全不同，且没有直接联系。小于18微米小颗粒可以悬浮在空气中，吸附空气中有毒物质，同时其小颗粒本身也会释放有毒物质，会严重影响人体健康。

发明内容

为解决以上现有技术中出现的问题，本发明一种提供了碳管/丁苯橡胶/顺丁橡胶复合材料及其制备方法。因为碳管表面具有丰富的孔径，比表面积很大，加入至橡胶基体中能与其形成更多的物理结合点并且有效的抵抗裂纹扩展，降低18微米以下小颗粒释放量，友好生态环境。

本发明的目的之一是提供一种碳管/丁苯橡胶/顺丁橡胶复合材料，所述复合材料是由包含以下组分的原料制备得到，以重量份计：

所述改性纳米碳管更优选为3～10重量份。

其中，所述改性纳米碳管通过以下步骤得到：将无水乙醇与去离子水混合，调节pH为1～6，加入偶联剂，再加入纳米碳管，超声分散1～6h，然后在50～100℃下搅拌1～5h，其中偶联剂与纳米碳管的质量比(0.01～1)：1，优选为(0.1～1)：1。以上步骤完成后，优选对所得改性纳米碳管进行干燥。

所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯类偶联剂或铝酸酯类偶联剂。其中，所述偶联剂优选自双-[3-(三乙氧基硅)丙基]-二硫化物(Si-75)、双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物(Si-69)、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)中的至少一种。所述钛酸酯类偶联剂优选自三异硬脂酰基钛酸异丙酯(TTS)、异丙基三(磷酸二辛脂)钛酸酯(KR-12)中的至少一种。所述铝酸酯类偶联剂为二硬脂酰氧异丙基铝酸酯(SG-Al821)等。

无水乙醇与去离子水的比例优选为(1～5)：1。

所述填料为石墨烯、炭黑、白炭黑、碳酸钙、陶土中的至少一种。

所述硫化剂采用本领域的常规硫化剂，优选硫磺硫化剂。

本发明所述复合材料还可包括以下组分中的至少一种，以100重量份丁苯橡胶和顺丁橡胶计：

其中，所述防老剂可采用本领域的常规防老剂，优选喹啉类、对苯二胺类或萘胺类防老剂中的至少一种，如防老剂4020、防老剂D、防老剂BLE、防老剂H、防老剂RD等。