[发明专利]一种高性能有机黏土/橡胶纳米复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种高性能有机黏土/橡胶纳米复合材料及其制备方法。制备方法包括：(1)有机黏土分散液的制备：将有机黏土和界面剂加入到有机溶剂中，搅拌得到有机黏土分散液；(2)橡胶溶液的制备：将橡胶加入至有机溶剂中，搅拌得到橡胶溶液；(3)将所述有机黏土分散液与橡胶溶液混合，除去有机溶剂，干燥，加入助剂，混炼，硫化得到所述有机黏土/橡胶纳米复合材料。本发明通过添加界面剂改善了有机黏土在溶剂中分散能力，得到的复合材料具有优异的阻隔性能和力学性能。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，具体地说，是涉及一种高性能有机黏土/橡胶纳米复合材料的制备方法以及得到的有机黏土/橡胶纳米复合材料。

背景技术

黏土来源广泛，价格便宜，具有特殊的片层结构，因此，能够制备插层或剥离型的黏土/橡胶纳米复合材料。这类纳米复合材料具有优异的气体阻隔性与力学性能，因此具有广阔的应用前景。

制备此类复合材料常用方法包括：熔体插层法、原位插层聚合法、乳液法和溶液插层法。熔体插层法是将黏土与熔融状态的聚合物进行共混。当黏土与聚合物有足够的相容性时，则该聚合物可以进入黏土层间，形成插层型的纳米复合材料。但在该法所制备的复合材料中，黏土的分散性并不能完全令人满意，因此复合材料在性能上难以满足苛刻的工业要求。原位插层聚合法首先用单体溶液溶胀黏土，使单体迁移到层间，随后发生聚合，聚合物链直接插入到黏土片层中。但该法工艺复杂，成本高，难以实现工业化。中国专利CN1238353A报道了乳液法制备法。首先将无机黏土在水中分散成悬浮液，将该悬浮液与橡胶胶乳混合，再絮凝，得到纳米复合材料。但该法仅适用于无机黏土/橡胶复合材料的制备，且无机黏土与橡胶相容性有限，使复合材料性能提高并不太明显。同时该法要求橡胶存在胶乳形式，因此具有一定局限性。溶液插层法需要寻找一种既能够分散有机黏土又能溶解橡胶的溶剂，尤其能够有效分散有机黏土的溶剂较少，难以制备有机黏土分散液。因此，该法的研究较少，仅在一些文章上有报道。在Polymer Testing.2005；24(1):12-17.这篇文章中报道了溶液插层制备法。作者首先制备了有机黏土甲苯的分散液，然后将该分散液与丁基橡胶甲苯溶液进行混合，得到复合材料。相比于纯的丁基橡胶，复合材料气体阻隔性最高提升到22％。尽管材料气体阻隔性有所提高，且黏土在橡胶中的分散状态要比熔体插层法要好，但气体阻隔性提高还是相对有限，要满足工业化还是不够。因此，溶液插层法仍然具有改善的空间。

为此，本发明提出一种制备高性能有机黏土/橡胶纳米复合材料的方法，以弥补现有技术的不足。

发明内容

为了解决以上现有技术中存在的问题，本发明提供了一种高性能有机黏土/橡胶纳米复合材料的制备方法以及得到的有机黏土/橡胶纳米复合材料。

本发明目之一在于提供一种高性能有机黏土/橡胶纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)有机黏土分散液的制备：将有机黏土和界面剂加入到有机溶剂中，搅拌得到有机黏土分散液；

(2)橡胶溶液的制备：将橡胶加入至有机溶剂中，搅拌得到橡胶溶液；

(3)将所述有机黏土分散液与橡胶溶液混合，除去有机溶剂，干燥，加入助剂，混炼，硫化得到所述有机黏土/橡胶纳米复合材料。

其中，所述有机黏土为由具有离子交换能力的有机物改性的蒙脱土，所述具有离子交换能力的有机物优选包括季铵盐或季鏻盐等。

所述界面剂为含有醚键、环氧键或含有孤对电子的物质，优选地所述界面剂选自聚四氢呋喃二醇(PTMG)、脂肪醇聚氧乙烯醚、泊洛沙姆、司盘、吐温、四氢呋喃中的至少一种，更优选地，选自聚四氢呋喃二醇-800、脂肪醇聚氧乙烯醚-9(AEO-9)、泊洛沙姆F127(Pluronic F-127)、司盘80(Span 80)、吐温80、四氢呋喃(THF)中的至少一种。

所述橡胶选自卤化丁基橡胶、丁基橡胶、丁苯橡胶、天然橡胶、异戊橡胶、聚丁二烯橡胶、硅橡胶中的至少一种。