[发明专利]一种螺旋纳米碳纤维表面负载氧化锌粒子的复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种螺旋纳米碳纤维表面负载氧化锌粒子复合材料及其制备方法与应用，属于橡胶补强材料技术领域。本发明提供的复合材料包括螺旋碳纳米纤维和负载在所述螺旋纳米碳纤维表面的氧化锌粒子。本发明提供的复合材料不仅可以凭借凸出于螺旋表面的纳米微粒结构(氧化锌)缠绕更多橡胶分子链，而且还可发挥氧化锌在橡胶硫化促进剂的作用，使螺旋纳米碳纤维表面负载氧化锌粒子的复合材料与橡胶大分子的结合更加紧密，提高了橡胶的强度和断裂伸长率。实施例数据表明：添加了本发明提供的复合材料的橡胶复合材料的拉伸强度为26.6～27.3MPa，断裂伸长率为535.1～584.6％，结合胶含量为47.3～55.1％。

技术领域

本发明涉及橡胶补强材料技术领域，尤其涉及一种螺旋纳米碳纤维表面负载氧化锌粒子的复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

世界各国“绿色轮胎”标准的推行使得轮胎行业面临重大挑战，各种新型填料也就应运而生。目前，除占填料主导地位的炭黑外，二氧化硅也被大量应用于橡胶补强中。但二氧化硅本身的活性差、易团聚、难分散，导致其湿法混炼成本过高，不能与橡胶基体形成优异界面结合，应用仍然有限。作为一维纳米碳填料，碳纳米管或碳纳米纤维在补强橡胶时，可显著提升橡胶的拉伸强度，但也会同时降低其断裂伸长率。将二氧化硅与碳纳米管或碳纳米纤维相结合得到的二氧化硅负载碳纳米管或碳纳米纤维材料仍然面临着一维纳米碳填料在橡胶基体中分散不均问题，以及填料与橡胶基体的界面结合不牢问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种螺旋纳米碳纤维表面负载氧化锌粒子的复合材料(ZnO@HCNFs)及其制备方法与应用。本发明提供的复合材料将氧化锌和螺旋纳米碳纤维结合，应用于橡胶时，提高了螺旋纳米碳纤维在橡胶基体中的分散性，同时提高了橡胶材料的力学性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种螺旋纳米碳纤维表面负载氧化锌粒子的复合材料，所述螺旋纳米碳纤维表面负载氧化锌粒子的复合材料包括螺旋碳纳米纤维和负载在所述螺旋纳米碳纤维表面的氧化锌粒子，所述螺旋纳米碳纤维表面负载氧化锌粒子的复合材料中氧化锌粒子的负载量为40～60wt％。

本发明还提供了上述技术方案所述的螺旋纳米碳纤维表面负载氧化锌粒子的复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将螺旋纳米碳纤维进行热处理，得到热处理螺旋纳米碳纤维；

将醋酸锌水溶液与有机溶剂混合，在150～200℃反应至混合溶液出现乳白色，将所得乳白色悬浊液冷却后静置，得到氧化锌溶胶；

将所述热处理螺旋纳米碳纤维与氧化锌溶胶混合，进行吸附反应，得到所述螺旋纳米碳纤维表面负载氧化锌粒子的复合材料。

优选地，所述热处理的温度为1000～1600℃，保温时间为2～4h；所述热处理在真空条件下进行。

优选地，所述有机溶剂包括一缩二乙二醇或三乙二醇。

优选地，所述醋酸锌水溶液中的醋酸锌与有机溶剂的用量比为0.005～0.02mol：125～750mL。

优选地，所述热处理螺旋纳米碳纤维与醋酸锌水溶液中的醋酸锌的用量比为0.5g：0.005～0.02mol。

优选地，所述吸附反应的温度为150～200℃，时间为20～60min。

本发明还提供了上述技术方案所述的螺旋纳米碳纤维表面负载氧化锌粒子的复合材料作为补强填料在橡胶制备领域中的应用。

优选地，所述螺旋纳米碳纤维表面负载氧化锌粒子的复合材料与炭黑配合使用；所述螺旋纳米碳纤维表面负载氧化锌粒子复合材料与炭黑的质量比为0.5～1.0：24～24.5。

优选地，所述螺旋纳米碳纤维表面负载氧化锌粒子的复合材料与橡胶原料的质量比为0.5～1.0：50。