[发明专利]一种高强度、防静电的胶乳复合材料、制备及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强度、防静电的胶乳复合材料、制备及应用，属于聚合物纳米复合材料的制备领域。

背景技术

碳纳米管(CNTs)因其独特的结构与特性如高柔韧性、低质量密度和大长径比(通常300-1000)，还因为其拥有出色的电性能、导热性和高机械强度。单束碳纳米管的导电率可达到10⁴S/cm的值,与金属的导电率(铜为59×10⁴S/cm,铁为9.9×10⁴S/cm)接近,而且碳纳米管的密度非常低,也可大幅减轻重量。众所周知,碳材料通常具有高导热性能,而碳纳米管(单个纳米管导热率的实验测量值为3000W/(m·K),理论上计算的预测值高达6600W/(m·K),则使这种不寻常的优越特性更加突出,因此把此种材料归类为有史以来导热率最高的材料。由于其单个碳原子间形成的共价sp²键,碳纳米管堪称是迄今所发现的强度最高、刚性最好的材料,其拉伸强度为10～150MPa(相比之下Kevlar为3.5MPa,不锈钢为1MPa)，弹性模量约为1TPa(相比之下Kevlar约为0.15TPa,不锈钢约为0.2TPa)。

碳纳米管(CNTs)之间具有非常强的范德华相互作用，从而使得数百根碳管纠缠在一起，形成较大的团聚体，很难分开，极大地削弱了单根碳管所表现出的优异的力学和电学特性。通过对碳纳米管进行有效的表面修饰，则可以克服上述的问题，从而改善碳纳米管的分散性能，提高它与基体材料之间的相容性，并增强它们之间的相互作用。另外，通过对其进行表面修饰还可以赋予碳纳米管新的性能，实现碳纳米管的分子组装，获得各种性能优异的纳米材料，在分子电子学、纳米电子学以及纳米生物分子学等方面具有广阔的应用前景。

碳纳米管的表面功能化主要有共价键法和非共价键法两种。共价键法改性碳纳米管主要是通过化学修饰，在碳纳米管表面以共价键的形式结合一定数量的化学官能团以达到改性目的。而非共价键法则是通过表面活性剂修饰、聚合物包裹、缠绕和吸附等方式对碳纳米管进行表面修饰。相对于共价键法修饰而言，该方法主要的优点就是能够防止碳管的sp²碳原子结构和共轭体系被破坏，保持了碳纳米管的电子结构，从而不会影响其优异的电学、光学、磁学、热学和机械性能。

目前，在橡胶行业中，乳胶制品在我国其生产规模很大，但也存在技术含量低，质量不稳定等缺点。通过在胶乳中加入无机填料的方法来改性乳胶制品会带来无机填料易沉积不易于浸渍法的工业化生产，生产效率低，且由于无机填料的堆积易使制品出现缺陷，降低制品力学性能的问题。目前关于无机填料改性胶乳的中国专利很少。中国专利201010200667.8、2007100492970、2007100492932主要研究无机粉末色浆改性胶乳制备彩色乳胶制品的制备方法。

碳纳米管(CNTs)是用途十分广泛的功能材料，因其独特的结构与特性如高强度、高柔韧性、低质量密度和大长径比，还因为其拥有出色的电性能、导热性和高机械强度。我们采用水溶性高分子物理包覆CNTs，使其在胶乳中均匀分散，不影响乳液的稳定状态，不增加胶乳的粘度，可以采用联动生产线连续化生产，同时CNTs在乳胶制品中分散均匀，所得乳胶制品强度高、耐刺穿、同时防静电，用于乳胶手套等乳胶制品可以防止工作中的摩擦静电的产生。

中国专利201210450491.0“一种高导电碳纳米管/橡胶复合材料及其制备方法”采用一种定向生长碳纳米管束，将其加入到表面活性剂水溶液先后用不同的功率进行超声处理，使碳纳米管均匀分散在水中。将碳纳米管分散液与预硫化胶乳混合，机械搅拌混合均匀后利用“浸渍铺膜”工艺将碳纳米管/胶乳混合液倾倒至有机玻璃磨具中，室温干燥硫化成型。采用此法所得碳纳米管/橡胶复合材料中碳纳米管具有较高的长径比和较好的分散性，和橡胶基体的相容性好，其硫化胶的电导率有显著提高。

该方法在乳液中加入碳纳米管的含表面活性剂水溶液，使乳液的固含量降低，因此该方法主要针对固含量为60％的天然浓缩胶乳，制品的制备工艺采用浸渍铺膜工艺。而大量乳胶制品采用联动生产线浸渍生产，生产规模大，这种工艺条件对乳液的稳定性要求高，粘度要求低。

发明内容