[发明专利]纳米复合材料、制备方法及其用途

说明书

本申请公开了一种纳米复合材料、制备方法及其用途，所述制备方法包括以下步骤：(a)提供粘土凝胶，所述粘土凝胶包括水溶性高分子、水以及粘土；(b)将粘土凝胶与极性橡胶混合，得到粘土凝胶和橡胶共混物；(c)除水和硫化，得到纳米复合材料。采用该方法得到的纳米复合材料具有良好的力学性能和耐油性能，可用于耐油橡胶制品、传动带、输送带等技术领域。

技术领域

本申请涉及橡胶技术领域，具体涉及一种纳米复合材料、制备方法及其用途。

背景技术

橡胶工业中传统的补强填料是炭黑和白炭黑，特别是前者，在橡胶工业中占有重要地位，但混炼过程污染性大且加工时间长。此外，炭黑生产还依赖于石油和天然气资源，而白炭黑的价格相对较高。由于粘土在我国储量丰富，目前年产量达100万吨，价格便宜，因此开发利用粘土作为橡胶的补强剂，代替部分炭黑制备粘土/橡胶纳米复合材料，不仅可减少炭黑的需求量，而且由于其独特的性能可以提高橡胶综合性能，并有可能获得其它填料无法达到的性能。

获得性能优异的纳米复合材料关键在于使粘土以纳米片层的形式均匀分散在橡胶基体中。由于粘土层间作用力很强，传统的机械共混无法拆分片层结构，粘土/橡胶纳米复合材料至今未能实现广泛的工业化应用。因此，需要开发环境友好、低成本、具有工业化应用前景的粘土/橡胶纳米复合材料制备方法。

国内外目前粘土/橡胶纳米复合材料制备方法主要是熔体共混、溶液共混、乳液共混。熔体共混是将橡胶与有机粘土直接共混、橡胶大分子插入粘土层间的一种方法，工艺简单、适用面较广、可利用常用加工设备。在此基础上发展的预膨胀有机粘土插层法，预先将有机粘土用溶剂进行膨胀，增大层间距使橡胶大分子更易插入。但无论如何改进，目前商品化有机粘土价格昂贵，熔体共混的成本较高。溶液共混是将有机粘土在溶剂中剥离成单片层，然后与橡胶溶液混合，除去溶剂后橡胶大分子被夹在片层间得到粘土/橡胶纳米复合材料。溶液共混的局限性是要使用价格昂贵的有机粘土和大量有机溶剂。乳液共混是采用粘土水悬浮液和橡胶乳液在水相中混合，然后通过破坏胶乳粒子的双电层共凝聚固定分散结构，脱水后得到粘土/橡胶纳米复合材料。在此基础上发展了快速除水替代共絮凝的喷雾干燥法，但能耗较大。乳液共混的优势是使用无机粘土、以水为介质，成本低，工艺相对简单。但乳液共混只适用于橡胶乳液，而绝大多数商品化橡胶为固态，无乳液形式。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种纳米复合材料、制备方法及其用途。

根据本发明的一个方面，提供了一种纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(a)提供粘土凝胶，所述粘土凝胶包括水溶性高分子、水以及粘土；

(b)将粘土凝胶与极性橡胶混合，得到粘土凝胶和橡胶共混物；

(c)除水和硫化，得到纳米复合材料。

优选地，步骤(a)所述水溶性高分子为含羟基的水溶性高分子或含吡咯基团的水溶性高分子。

优选地，所述含羟基的水溶性高分子包括聚乙二醇、聚乙烯醇、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素或黄原胶中的至少一种，优选聚乙二醇。

优选地，所述含吡咯基团的水溶性高分子包括聚乙烯吡咯烷酮。

优选地，所述聚乙二醇的数均分子量为2000～10000，优选为3000～8000。

优选地，所述聚乙烯醇的数均分子量为25,000～35,000，优选为28,000～32,000。

优选地，所述羟甲基纤维素的摩尔取代度为0.4～1.2，优选为0.7～1.1。

优选地，所述羟乙基纤维素的摩尔取代度为1.5～2.0，优选为1.6～1.8。