[发明专利]一种高热稳定性的碳纳米管改性异戊橡胶复合材料和制法

说明书

本发明涉及橡胶合成技术领域，且公开了一种高热稳定性的碳纳米管改性异戊橡胶复合材料，与纯聚异戊二烯相比，碳纳米管的加入可以提高聚异戊二烯的力学性能和热性能，碳纳米管通过原位聚合法改性，聚异戊二烯分子链靠近碳纳米管生长，碳纳米管可以相对均匀地分散在聚异戊二烯基体中，通过碳纳米管停止缠绕其聚异戊二烯分子链的运动而提高基体材料的热导率，提升聚异戊二烯碳纳米管复合材料的热稳定性，而且碳纳米管的热导率很大，碳纳米管复合材料的热释放速度快，同时，碳纳米管对聚异戊二烯进行接枝，使聚异戊二烯分子链更紧密的缠绕在碳纳米管上，因此得了更好的机械性能。

技术领域

本发明涉及橡胶合成技术领域，具体为一种高热稳定性的碳纳米管改性异戊橡胶复合材料和制法。

背景技术

制约中国橡胶工业发展的重要因素是橡胶，尤其是天然橡胶供应短缺和价格偏高，受地理条件限制，中国天然橡胶产量增长缓慢，难以满足国内橡胶工业快速发展的需求，但是随着中国石化工业的发展，合成橡胶产量也在增加，在合成橡胶的主要品种中，我国已经能够生产丁苯橡胶、顺丁橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶等多种橡胶，但合成橡胶品种不能完全替代天然橡胶，只有异戊二烯橡胶可以替代天然橡胶。

异戊二烯橡胶是一种用于轮胎制造的橡胶，因其稳定的化学性能而广泛应用于轮胎制造行业，异戊二烯有许多来源，根据原料不同，合成方法可分为异丁烷脱氢、异丁烯和甲醛催化合成和分解以及异戊烷两步催化脱氢，但是异戊橡胶的力学性能和热性能很差，成本高，不足以满足目前市场的需求，碳纳米管具有优异的物理和化学性能，特别是它的弹性模量，同样质量的碳纳米管的强度相当于10到100倍强度的钢，因此可以将碳纳米管与异戊二烯橡胶制成具有高强度的复合材料，但碳纳米管的分散性差，经常团聚在一起，这限制了碳纳米管的使用。

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种高热稳定性的碳纳米管改性异戊橡胶复合材料和制法，解决了传统的异戊二烯橡胶力学性能与热学性能差以及碳纳米管分散效果不好，易聚合的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高热稳定性的碳纳米管改性异戊橡胶复合材料，所述高热稳定性的碳纳米管改性异戊橡胶复合材料的制法包括以下步骤：

(1)将碳纳米管置于甲苯溶剂，超声分散后加入对苯二甲酰氯后搅拌，进行酰氯化反应，过滤后用乙醚洗涤后干燥，得到对苯二甲酰氯改性碳纳米管；

(2)对苯二甲酰氯接枝碳纳米管溶于乙醚中，添加叔丁基过氧化氢和吡啶，进行过氧化反应，过滤，用乙醚和蒸馏水洗涤后干燥，得到叔丁基过氧化碳纳米管；

(3)将叔丁基过氧化碳纳米管添加到异戊二烯中，并在氮气气氛中进行聚合反应，然后将反应产物转移到甲苯溶剂中静置60-84h，过滤后用甲苯洗涤后干燥，得到碳纳米管改性异戊橡胶；

(4)碳纳米管改性异戊橡胶、氧化锌和硬脂酸置于密炼机中进行混炼，得到混炼胶，再加入硫黄和促进剂N-叔丁基-2-苯并噻唑次黄酰胺，然后进行薄通和硫化处理，得到高热稳定性的碳纳米管改性异戊橡胶。

优选的，所述步骤(1)中碳纳米管和对苯二甲酰氯之间的质量比为10:10-30。

优选的，所述步骤(1)中酰氯化反应的温度为90-120℃，反应的时间为4-8h。

优选的，所述步骤(2)中对苯二甲酰氯接枝碳纳米管、叔丁基过氧化氢和吡啶之间的质量比为100:150-300:60-120。

优选的，所述步骤(2)中过氧化反应的温度为0-5℃，反应的时间为3-8h。

优选的，所述步骤(3)中叔丁基过氧化碳纳米管和异戊二烯之间的质量比为1-3:100。

优选的，所述步骤(3)中聚合反应的温度为70-90℃，反应的时间为36-60h。