[发明专利]一种纳米复合材料及其制备方法和一种硫化橡胶及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米复合材料及其制备方法和一种硫化橡胶及其应用。

背景技术

三元乙丙橡胶(EPDM)是乙烯、丙烯和非共轭二烯烃的三元共聚物，具有很好的耐臭氧、耐老化、耐腐蚀、耐热和耐气候性能。三元乙丙橡胶密度较小，成本低，因此在密封材料、高级电缆材料、汽车部件等领域得到广泛应用。

密封材料在贮存和使用过程中，容易受到外界的热、氧以及机械应力等的作用产生累积永久变形，导致密封性能丧失而引发泄漏事故。因此，工程中常把橡胶密封构件的失效寿命看作是产品的使用寿命。然而，作为密封材料的乙丙橡胶在服役工程中往往因为长期外力作用下产生蠕变而导致失效，因此在提高力学性能、热稳定性的同时提高材料的抗蠕变性成为一个技术难题。目前，应用较多的方法是采用不同类型的填料来补强橡胶，以增加橡胶的使用寿命。

CN100365053C公开了乙丙橡胶/蒙脱土纳米复合材料的制备方法，该方法将橡胶、蒙脱土、插层剂在密炼机内进行原位插层，大幅提高了乙丙橡胶的力学性能和热稳定性。尽管这种方法工艺比较简单，但却难以确保蒙脱土在橡胶基体中具有良好的纳米分散效果。

CN101134888A公开了改性三元乙丙橡胶密封材料及其制备方法，该改性三元乙丙橡胶密封材料由三元乙丙橡胶、炭黑、氧化锌、硬脂酸、防老剂2,2，4-三甲基-1,2-二氢化喹啉、癸二酸二辛酯、硫磺、促进剂石蜡，按照一定重量配比，经配料、密炼、开炼、硫化等工艺制成。该方法通过将炭黑直接掺混对三元乙丙橡胶进行改性的方式虽然简单，但由于有机物和无机物之间的自由能差别很大，另外炭黑颗粒相互聚集倾向很强，导致炭黑颗粒难以形成很好的分散，难以达到预期的增韧效果。

CN100348655C公开了一种埃洛石纳米管（HNTs）制备聚合物复合材料的方法，形成了具有明显提高的力学性能和阻燃性能的纳米复合材料。该方法虽然对埃洛石纳米管进行了表面处理，但该复合材料的综合性能并没有显著的优势。

CN101343386B公开了一种橡胶/埃洛石纳米管纳米复合材料的制备方法，该制备方法最终获得具有纳米级分散、界面结合良好和性能优良的橡胶/埃洛石纳米管纳米复合材料。该方法将埃洛石纳米管和改性剂直接加入至橡胶进行硫化中，虽然在一定程度上增强了橡胶的力学性能，但不能保证埃洛石纳米管表面实现完全的改性和良好的分散效果，在一些环境条件苛刻的使用场合，该复合材料的综合性能和使用寿命仍难有很大的提高。

综上所述，采用单一填料直接添加到橡胶中以增强橡胶性能的方法难以确保填料分散均匀和获得高价值和满足日益增加的使用要求的综合性能良好的橡胶材料。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中采用单一填料直接添加到橡胶中分散效果差并且对橡胶性能补强不足的缺陷，提供一种纳米复合材料及其制备方法和一种硫化橡胶及其应用。

为了实现上述目的，本发明提供一种纳米复合材料，其中，该纳米复合材料含有白炭黑、埃洛石纳米管和附着在白炭黑和/或埃洛石纳米管的表面的表面改性剂，所述表面改性剂为在80-110℃下能够与白炭黑和/或埃洛石纳米管的表面形成化学键的物质，白炭黑、埃洛石纳米管和所述表面改性剂的重量比为1：0.3-1：0.04-0.2。

本发明还提供一种纳米复合材料的制备方法，其中，该方法包括以下步骤：

（1）将白炭黑和埃洛石纳米管在水中混合均匀，将混合均匀后的产物进行喷雾干燥得到固体；

（2）将步骤（1）得到的固体与表面改性剂混合均匀后干燥。

本发明的发明人发现，由于白炭黑为三维球状纳米填料，粒径约为几十纳米，而埃洛石纳米管为一维填料，长径比较大，可利用两者在维度和尺寸上的差异将二者并用产生协同效应，并且两者之间产生明显的氢键作用，从而实现HNTs和白炭黑的互补及纳米补强效果，进一步提高硫化橡胶的机械力学性能。另外，由于这两种填料在橡胶基体中聚集倾向大和混入橡胶后很难达到纳米级分散而影响了填料在橡胶中补强作用的效果，同时还可能使胶料生热加剧。因此，本发明的发明人发现将白炭黑与埃洛石纳米管的混合物经表面改性处理后，可以使白炭黑和埃洛石纳米管表面的硅氧基团和硅醇基团与表面改性剂发生接枝反应，从而使得改性后的填料混合物更有利于与橡胶基体相容。

本发明的另一个目的是提供上述方法制备的纳米复合材料。