[发明专利]一种丁苯橡胶复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种丁苯橡胶复合材料，制备原料包括以下重量份数的组分，大环接枝的改性丁苯橡胶：100份；纤维素纳米晶：1～10份；环糊精：1～10份。本发明所使用的补强剂纤维素纳米晶具有绿色、可再生、可持续使用等特征，一方面纤维素纳米晶(CNC)在丁苯橡胶基体中均匀分散，由应力传递及流体力学效应提升复合材料的机械性能；另一方面大环官能化的丁苯橡胶与环糊精形成主客体包合物，包合物与CNC形成的氢键作用贯穿于整个丁苯橡胶网络中，进而增强材料的机械性能。因两种作用的同时存在，在外力的作用下分子间作用较少发生能量耗散，需进一步增加外力才能导致分子链断裂。本发明还提供了一种丁苯橡胶复合材料的制备方法。

技术领域

本发明属于橡胶复合材料技术领域，尤其涉及一种丁苯橡胶复合材料及其制备方法。

背景技术

丁苯橡胶因其具有可调控的结构单元组成及微观结构，是一种重要的合成橡胶材料，目前已广泛用于轮胎、密封圈、减震器等领域。由于原始的丁苯橡胶机械性能较差，通常需要一定的补强才能满足产品的性能要求。通用的补强剂如炭黑与白炭黑，表面均存在一定含量的羟基或者羧基，因此作为补强剂与丁苯橡胶进行再加工往往存在相容性差、自聚集等缺陷，难以达到理想的补强效果。

纤维素纳米晶(CNCs)作为一种具有优异的物理化学性能，尤其是其密度小、纳米尺寸、模量高等特性使其成为一种非常理想的补强材料，此外，它的含量极其丰富，是一类“绿色”、可再生、可持续使用的环保材料。但是，与通用型补强剂类似，纤维素纳米晶补强丁苯橡胶同样存在界面相容性及补强效果的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种丁苯橡胶复合材料及其制备方法，本发明中的丁苯橡胶复合材料克服了纤维素纳米晶与丁苯橡胶之间的截面相容性问题，显著提升了丁苯橡胶的力学性能。

本发明提供一种丁苯橡胶复合材料，制备原料包括以下重量份数的组分，

大环接枝的改性丁苯橡胶：100份；纤维素纳米晶：1～50份；环糊精：1～30份。

优选的，所述大环接枝的改性丁苯橡胶中，大环接枝试剂为8～20个碳的环状羧酸；改性度为1～30％。

优选的，所述大环接枝试剂为苯甲酸、降冰片烯甲酸、金刚烷甲酸、环丁烷甲酸；更优选为降冰片烯甲酸和金刚烷甲酸中的一种或几种。

优选的，所述大环接枝试剂与丁苯橡胶的质量比为(0.1～5)：1。

优选的，所述纤维素纳米晶的长度为50～500nm，直径为10～50nm，长径比为10～12.

本发明提供一种丁苯橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：

A)将100重量份的大环接枝的改性丁苯橡胶与1～10重量份的环糊精在溶剂中溶解，进行反应，得到含有包合物胶液；

B)将1～10重量份的纤维素纳米晶加入所述步骤A)得到的反应体系中，搅拌混合后，干燥至恒重，得到丁苯橡胶复合材料。

优选的，所述步骤A)中反应的温度为20～30℃；

所述步骤A)中反应的时间为12～24小时。

优选的，先将所述纤维素纳米晶按照以下步骤配制成纤维素纳米晶悬浮液，再加入所述步骤A)的含有包合物的胶液中：

将纤维素纳米晶分散于二甲基甲酰胺中，超声并搅拌，得到悬浮液，使用替换溶剂多次替换悬浮液离心后的上清液，得到纤维素纳米晶的悬浮液；

所述替换溶剂为二氯甲烷或四氢呋喃。

优选的，所述纤维素纳米晶的悬浮液的浓度为3～10mg/mL。

优选的，所述步骤B)中干燥的温度为10～50℃。