[发明专利]一种高导热可膨胀石墨微胶囊及其制备方法和应用

说明书

本发明属于天然橡胶添加阻燃剂领域，具体涉及一种高导热可膨胀石墨微胶囊及其制备方法和应用，高导热可膨胀石墨微胶囊是聚甲基丙烯酸甲酯为囊壁包覆可膨胀石墨，且在囊壁上嵌入碳纳米管。本发明所得到的高导热可膨胀石墨微胶囊与传统的可膨胀石墨微胶囊相比，嵌入在微胶囊囊壁的碳纳米管构成了传热网络，在解决了可膨胀石墨与天然橡胶相容性差的问题基础上，增强了材料的导热性能，降低了天然橡胶由于可膨胀石墨微胶囊导热性差而导致发生火灾的危险性。

技术领域

本发明属于天然橡胶添加阻燃剂领域，具体涉及一种高导热可膨胀石墨微胶囊及其制备方法和应用。

背景技术

天然橡胶的本质是一种可再生的天然高分子聚合物，组成中有90％是聚异戊二烯橡胶烃，余下的不到10％是非橡胶物质，如一些特殊的蛋白质和灰分。天然橡胶也像大多数高分子材料一样属于易燃材料，纯天然橡胶的极限氧指数只有18％左右，并且橡胶燃烧会产生大量含有固体颗粒的有毒有害烟气。同时，由于聚合物体系内没有自由电子，晶格振动是其实现热传导的主要途径，但天然橡胶作为一种典型的粘弹性聚合物材料，分子链是无规则缠结在一起，并且相对分子量较高、呈多分散性分布，结晶度很低。所以，天然橡胶导热系数较低(约为0.2W/(m·K))。低导热系数很大程度提高了天然橡胶的燃烧危险性，也加快了其热疲劳老化速度。比如：现阶段运输传导皮带、轮带等产品多采用天然橡胶为原材料，皮带的传动过程、轮胎的行驶过程会产生大量的热量，如果热量不能及时传递到外界，则会造成局部温度过高，很容易引起轮胎的热老化疲劳，使橡胶分子链中的双键断裂甚至局部起火，最终可能会导致橡胶产品失效而引发皮带断裂、轮胎爆胎等危险。

与大多数有机聚合物阻燃方法相类似，天然橡胶多采用添加阻燃剂的方式进行阻燃改性，除一些经过化学改性处理后的天然橡胶采用添加反应型阻燃剂外，大多数天然橡胶添加的是添加型阻燃剂。其中，卤素阻燃剂效率虽高，但会产生较多的有毒物质，对日益严峻的环境形势产生了恶劣的影响。其他种类的添加型阻燃剂还有氮磷系阻燃剂、氧化物、蒙脱土等，但这些阻燃剂大多与天然橡胶基体的相容性差，并且阻燃效率较低。

可膨胀石墨是一种石墨层间化合物，作为一种较为高效的阻燃剂被广泛地应用于高分子聚合物阻燃研究中。无论是可膨胀石墨直接使用还是改性后使用或者与其他阻燃剂协同使用均能提高橡胶的阻燃性能，但是其会对天然橡胶的力学性能造成一定损害。力学性能损失、与基体相容性差是可膨胀石墨阻燃天然橡胶所面临的问题，有机聚合物包覆可膨胀石墨的方法可以增加其与天然橡胶之间的相容性。但是现有的包覆技术所选用壁材多为导热系数小的有机聚合物，虽然会提高可膨胀石墨与天然橡胶之间的相容性，但是会使天然橡胶的导热性能变差，提高了天然橡胶因积热发生火灾的危险性。

发明内容

针对目前存在的技术问题，本发明提供了一种高导热可膨胀石墨微胶囊及其制备方法和应用，改善了天然橡胶的防火性能差、可膨胀石墨与天然橡胶材料相容性差、可膨胀石墨微胶囊导热性能差等状况。

为了实现以上发明目的，本发明采用的技术方案如下:

一种高导热可膨胀石墨微胶囊，所述高导热可膨胀石墨微胶囊是以聚甲基丙烯酸甲酯为囊壁包覆可膨胀石墨，且在囊壁上嵌入碳纳米管。

优选地，碳纳米管的直径为8～15nm，长度为10～20μm，发明人经过试验发现，只有在此直径、长度的碳纳米管，导热效果最好，碳纳米管的嵌入率最高。

优选地，可膨胀石墨粒径为80目，膨胀率为300～400mL/g。

一种高导热可膨胀石墨微胶囊的制备方法，具体制备方法如下：按重量份计，

(1)将10～20份可膨胀石墨与粒径为0.3～2.0μm的1～2份二氧化硅微球(装入球磨罐中，以30～40Hz的频率单向球磨4～5个小时后得到可膨胀石墨/二氧化硅颗粒；