[发明专利]一种羟基封端聚硅氧烷修饰碳纳米管-苯基硅橡胶复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种羟基封端聚硅氧烷修饰碳纳米管‑苯基硅橡胶复合材料及其制备方法，该复合材料由质量份数为100份的苯基硅橡胶生胶、0.5～10份的聚硅氧烷改性碳纳米管和0.5～0.7份的过氧化双(2,4‑二氯苯甲酰)经硫化制备而成，其中苯基硅橡胶生胶为甲基苯基硅橡胶生胶或甲基二苯基硅橡胶生胶，聚硅氧烷改性碳纳米管由氨基硅烷偶联剂修饰的碳纳米管、羟基封端聚硅氧烷和有机锡催化剂制备而成，氨基硅烷偶联剂修饰的碳纳米管由羧基化碳纳米管(CNTs‑COOH)、N'N‑羰基二咪唑、氨基硅烷偶联剂制备而成。本发明利用羟基封端聚硅氧烷修饰CNTs，一方面显著增强了CNTs在苯基硅橡胶基体中的分散性，另一方面增强CNTs与基体之间的界面相互作用，从而有效提高了复合材料的力学性能。

技术领域

本发明属于橡胶材料领域，更加具体地说，涉及到一种羟基封端聚硅氧烷修饰碳纳米管-苯基硅橡胶复合材料及其制备方法。

背景技术

硅橡胶(Silicone rubber，SR)是一类主链为重复硅氧键，侧基为有机基团的半有机半无机材料，兼有无机物和有机物的优点。硅橡胶具有良好的综合性能，其中优异的热稳定性是最为突出的特点之一，因而在能源动力、航空航天等诸多高温领域得到广泛应用。在硅橡胶的众多品种中，侧基含有一定量苯基的苯基硅橡胶具有更加突出的耐热性能，从而使其科学研究和工业应用前景更加广阔。

碳纳米管(Carbon nanotubes，CNTs)具有独特的结构和优异的性能，被广泛地应用于制备复合材料。国内外学者的研究表明在硅橡胶基体中添加一定比例的CNTs可以有效提高复合材料的力学、导热、耐热等性能。然而研究都集中于普通的甲基乙烯基硅橡胶，CNTs/苯基硅橡胶纳米复合材料至今少有报道。考虑到苯基硅橡胶中苯基侧基与CNTs之间存在的π-π堆积作用，CNTs对苯基硅橡胶可能具有更加突出的效果。

然而，尽管CNTs自身性能优越，但是实际应用时存在两个亟待解决的问题：一方面，CNTs具有极高的长径比和较大的表面能，同时在管与管之间的范德华力的作用下，极易发生团聚，无法在溶液和高分子基体中实现均匀分散；另一方面，未经功能化处理的CNTs表面非常光滑，几乎没有任何的悬挂键，呈现表面惰性，因而与基体的界面相互作用非常差。这两方面的问题导致单纯地将未处理的CNTs直接加入聚合物基体中得到的复合材料的性能往往无法达到预期要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种羟基封端聚硅氧烷修饰碳纳米管/苯基硅橡胶复合材料及其制备方法，以进一步提高苯基硅橡胶复合材料的力学及热稳定性能，扩展其实际应用价值。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

一种羟基封端聚硅氧烷修饰碳纳米管-苯基硅橡胶复合材料，由质量份数为100份的苯基硅橡胶生胶、0.5～10份的聚硅氧烷改性碳纳米管和0.5～0.7份的过氧化双(2,4-二氯苯甲酰)经硫化制备而成，其中，

所述的苯基硅橡胶生胶为甲基苯基硅橡胶生胶或甲基二苯基硅橡胶生胶，苯基含量为1～50mol％；

所述的聚硅氧烷改性碳纳米管由氨基硅烷偶联剂修饰的碳纳米管、羟基封端聚硅氧烷和有机锡催化剂制备而成；按质量比，取1份氨基硅烷偶联剂修饰的碳纳米管在10～50份的羟基封端聚硅氧烷中均匀分散，之后滴加0.1～5份的有机锡催化剂，20～35℃下反应12～72h，即得到聚硅氧烷改性碳纳米管；

所述的氨基硅烷偶联剂修饰的碳纳米管由羧基化碳纳米管(CNTs-COOH)、N'N-羰基二咪唑、氨基硅烷偶联剂制备而成；按质量比，将1份的羧基化碳纳米管(CNTs-COOH)超声分散在干燥的极性非质子溶剂中，加入0.1～0.5份的N'N-羰基二咪唑，在干燥惰性气体环境下40℃～80℃下搅拌反应3～6h，之后滴加5～20份的氨基硅烷偶联剂，在40℃～80℃下搅拌反应8～24h，得到氨基硅烷偶联剂修饰的碳纳米管。