[发明专利]一种用于改性硅橡胶的疏水性二氧化硅气凝胶纳米复合材料及其改性方法

说明书

本发明公开了一种用于改性硅橡胶的疏水性二氧化硅气凝胶纳米复合材料及其改性方法，是通过在二氧化硅气凝胶表面接枝三甲基硅氧基，实现对其疏水性改性的目的，解决了其在硅橡胶基体中易团聚、不能均匀分散的问题。利用本发明的纳米复合材料作为补强填料，能够很大程度的提升硅橡胶的力学性能和隔热性能。

技术领域

本发明属于功能高分子材料领域，具体涉及一种用于改性硅橡胶的疏水性二氧化硅气凝胶纳米复合材料及其改性方法。

背景技术

室温硫化甲基硅橡胶(MQ)为一种加成型橡胶，其主要成分为聚二甲基硅氧烷，侧链含有少量的乙烯基。室温硫化甲基硅橡胶安全无毒、化学稳定、耐腐蚀、生物相容性好，其具有工艺操作简便、容易加工成型等诸多优点。经改性过后液体硅橡胶机械强度高、抗高温稳定性好、压缩形变低，因而在电子、电力、医疗、航空航天、食品卫生等领域拥有广泛应用。

二氧化硅气凝胶材料是由纳米级颗粒三维堆积骨架结构形成的，具有大量开放的纳米级孔洞，堆积骨架的颗粒尺寸在3～20nm，具有低密度(kg/m³)和高比表面积，能有效抑制气体传热和降低固态热传导，具有低热导率，是目前隔热性能较好的固态材料，气凝胶材料的导热系数比常规空气还低约50％，因此在隔热领域应用尤为广泛。但由于二氧化硅气凝胶在生产过程其表面通常未经过修饰，其表面的硅羟基(Si-OH)具有亲水性，在作为填料在聚合物基体分散的过程中，存在团聚问题，得到的材料的分散均匀性较差。

二氧化硅气凝胶对液体硅橡胶机械性能的影响主要表现在拉伸强度、断裂伸长率、应力-应变等方面，对液体硅橡胶隔热性能的影响主要表现为其较低的导热系数。研究表明，二氧化硅气凝胶的亲水性或疏水性对其在橡胶基体中的分散性有很重要的作用。经过接枝修饰的疏水性二氧化硅气凝胶，与橡胶基体的界面作用力较小，在硅橡胶中的分散均匀性更好。而未经过修饰的二氧化硅气凝胶，在混合过程中易大量的团聚在一起，因而对硅橡胶的机械性能和隔热性能的提升不能够达到理想的效果。

发明内容

针对上述现有技术所存在的问题，本发明公开了一种用于改性硅橡胶的疏水性二氧化硅气凝胶纳米复合材料及其改性方法，所要解决的技术问题在于，通过对二氧化硅气凝胶进行表面修饰，改善二氧化硅气凝胶与硅橡胶的界面相容性，降低界面作用力，从而提升硅橡胶的性能。

本发明为实现发明目的，采用如下技术方案：

本发明首先公开了一种用于改性硅橡胶的疏水性二氧化硅气凝胶纳米复合材料，其特点在于：所述疏水性二氧化硅气凝胶纳米复合材料是在二氧化硅气凝胶表面接枝有三甲基硅氧基。

所述疏水性二氧化硅气凝胶纳米复合材料的制备方法为：将二氧化硅气凝胶添加到甲苯中并超声分散均匀，得到浓度为0.2g/mL的二氧化硅气凝胶分散液；将二氧化硅气凝胶分散液和六甲基二硅氮烷倒入三口烧瓶中，滴加氨水调节pH至7～8，然后在通入氮气的情况下60℃水浴加热搅拌，先以300～400r/min的转速搅拌2h，再以700-800r/min的转速搅拌2h；搅拌完成后，搭设回流装置，在100℃下回流反应5h，所得产物依次用甲苯和丙酮清洗，再真空冷冻干燥，即获得疏水性二氧化硅气凝胶纳米复合材料。

优选的，所用二氧化硅气凝胶与六甲基二硅氮烷的质量比为25∶1。

本发明进一步公开了所述疏水性二氧化硅气凝胶纳米复合材料的应用，是用于作为补强填料，对室温硫化甲基乙烯基硅橡胶进行改性，以提高硅橡胶的力学性能和隔热性能。

优选地，利用所述的疏水性二氧化硅气凝胶纳米复合材料对硅橡胶进行改性的方法，包括如下步骤：

(1)取100份液体甲基乙烯基硅橡胶、5份正硅酸四乙酯(作为交联剂)、2份二月桂酸二丁锡(作为促进剂)、0.5份三乙烯四胺及2～10份所述的疏水性二氧化硅气凝胶纳米复合材料，在均质机中2000r/min下混合2min，再在800r/min下混合3～4min，获得硅橡胶复合材料；