本發(fā)明涉及一種丁腈橡膠/凹凸棒石/炭黑納米復(fù)合材料的制備方法，屬于橡膠基納米復(fù)合材料的
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：長期以來，炭黑和白炭黑作為橡膠的補(bǔ)強(qiáng)劑占據(jù)著絕對(duì)主導(dǎo)地位。但是，由于炭黑和白炭黑的視密度極低，在生產(chǎn)和補(bǔ)強(qiáng)加工過程中極易產(chǎn)生飛揚(yáng)，造成嚴(yán)重污染和危害人體健康。因此，尋找一種價(jià)廉和無污染的橡膠補(bǔ)強(qiáng)材料一直是科技工作者研究的課題。納米復(fù)合技術(shù)的問世為聚合物改性開辟了嶄新的途徑，如果我們能將補(bǔ)強(qiáng)劑在聚合物基體中達(dá)到納米級(jí)分散，受納米尺度的小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)等的影響，納米復(fù)合材料所展現(xiàn)的機(jī)械性能也將較一般傳統(tǒng)復(fù)合材料來的優(yōu)異。凹凸棒石(Atapulgite)，是一種含水富鎂硅酸鹽粘土。凹凸棒理想的化學(xué)式可表示為Mg5Si8O20(OH)2(OH2)4·4H2O；具有層鏈狀的結(jié)構(gòu)特征,其晶體呈棒狀、纖維狀，長1～100μm、直徑約10～60nm。層內(nèi)貫穿孔道，表面凹凸相間布滿溝槽；具有較大的比表面積；表面含有極性的SiOH，故它和非極性面有機(jī)高分子的親和性較差。雖然屬于層狀硅酸鹽礦物，但由于結(jié)構(gòu)特殊，凹凸棒石是一種內(nèi)部布滿與延長方向一致的孔道的、富含沸石水、配位水和結(jié)構(gòu)水的纖維。凹凸棒石特殊的纖維結(jié)構(gòu)、不同尋常的膠體、吸附和脫色等性能,被廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、環(huán)保、造紙、食品、醫(yī)藥、飼料、肥料、紡織、建材、地質(zhì)勘探、原子能工業(yè)等領(lǐng)域,有“千土之王”、“萬用之土”等美譽(yù)。目前關(guān)于凹凸棒石在高分子復(fù)合材料方面的研究比較活躍,在提高聚合物基體的力學(xué)性能上取得了一定的進(jìn)展,但是其在改善橡膠基體的力學(xué)性能方面尚未發(fā)揮出理想的應(yīng)用效果。究其原因主要為傳統(tǒng)橡膠的粘度較大，通過傳統(tǒng)的機(jī)械混煉法直接將凹凸棒石加入固體橡膠中，凹凸棒石會(huì)在橡膠基體發(fā)生團(tuán)聚，難以在橡膠基體中剝離成單個(gè)棒晶的形式，限制了凹凸棒石補(bǔ)強(qiáng)作用的發(fā) 揮。中國專利“凹凸棒石與天然橡膠納米復(fù)合材料的制備方法”(申請?zhí)枺?00610125573.2，公開號(hào)：CN1995117A)公開了一種采用乳液共混共凝法制備凹凸棒石/天然橡膠納米復(fù)合材料的技術(shù)。中國專利“充油型丁苯橡膠SBR1712/凹凸棒石納米復(fù)合材料的制備方法”(申請?zhí)枺?00910129810.6，公開號(hào)：CN101508801A)，選用油作為凹凸棒石與橡膠的浸潤劑。先將凹凸棒石與橡膠乳液復(fù)合，再加入乳化好的油，然后絮凝制備出了充油型橡膠/凹凸棒石納米復(fù)合材料。采用上述方法制備的橡膠基凹凸棒石納米復(fù)合材料均具有較為優(yōu)異的力學(xué)性能。但是在橡膠工業(yè)中，還沒有找到一種可以完全替代炭黑的補(bǔ)強(qiáng)材料,絕大多數(shù)橡膠產(chǎn)品的制備還需要添加炭黑。中國專利“充油型丁腈橡膠/凹凸棒石納米復(fù)合材料的制備方法”(專利號(hào)：201010192008.4)，將油和凹凸棒石同時(shí)乳化，然后與橡膠乳液復(fù)合，絮凝制備出了充油型橡膠/凹凸棒石納米復(fù)合材料，將制備的復(fù)合材料再與炭黑等復(fù)合，制備的復(fù)合材料的力學(xué)性能較為優(yōu)異，但是炭黑的加入仍然需要借助機(jī)械混煉，加工時(shí)粉塵飛揚(yáng)。而且通過該方法制備的復(fù)合材料中復(fù)合納米填料的分散不均勻。因此，發(fā)明一種制備橡膠/凹凸棒石/炭黑納米復(fù)合材料的制備方法就顯得尤為重要。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提出了一種丁腈橡膠/凹凸棒石/炭黑納米復(fù)合材料的制備方法及所制備的丁腈橡膠/凹凸棒石/炭黑納米復(fù)合材料，以解決現(xiàn)有技術(shù)添加凹凸棒石與炭黑時(shí)粉塵飛揚(yáng)和納米填料分散不均的缺陷。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種丁腈橡膠/凹凸棒石/炭黑納米復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：步驟1：取凹凸棒石1-40重量份，炭黑1-60重量份，增塑劑1-20重量份，活性劑1-10重量份，硫化促進(jìn)劑1-5重量份，硫磺1-6重量份，防老劑0.1-5重量份；步驟2：將凹凸棒石及炭黑分散在水中，制得凹凸棒石/炭黑懸浮液，加入干基為100重量份的丁腈膠乳，溫度保持30-60℃攪拌，加入絮凝劑絮凝、脫水干燥制備丁腈橡膠/凹凸棒石/炭黑母膠；步驟3：將步驟2中的母膠與步驟1中的增塑劑、活性劑、硫化促進(jìn)劑、 硫磺、防老劑混煉均勻、硫化制備丁腈橡膠/凹凸棒石/炭黑納米復(fù)合材料。所述的丁腈橡膠/凹凸棒石/炭黑納米復(fù)合材料的制備方法中，所述炭黑包括：N110、N220、N330、N550或N375。所述的丁腈橡膠/凹凸棒石/炭黑納米復(fù)合材料的制備方法中，所述增塑劑包括：DOP、芳烴油、操作油、機(jī)油。所述的丁腈橡膠/凹凸棒石/炭黑納米復(fù)合材料的制備方法中，所述活性劑選擇氧化劑與硬脂酸的混合物。所述的丁腈橡膠/凹凸棒石/炭黑納米復(fù)合材料的制備方法中，所述硫化促進(jìn)劑包括：NS、NOBS、TT、CZ、DM中一種或者兩種以上的混合物。所述的丁腈橡膠/凹凸棒石/炭黑納米復(fù)合材料的制備方法中，所述防老劑包括：防老劑RD、防老劑4010NA、防老劑4020。所述的丁腈橡膠/凹凸棒石/炭黑納米復(fù)合材料的制備方法中，步驟2中攪拌10-30分鐘。而且，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了上述方法所制備的丁腈橡膠/凹凸棒石/炭黑納米復(fù)合材料。其中，所述復(fù)合材料采用為橡膠基，包括凹凸棒石1-40重量份，炭黑1-60重量份，增塑劑1-20重量份，活性劑1-10重量份，硫化促進(jìn)劑1-5重量份，硫磺1-6重量份，防老劑0.1-5重量份。本發(fā)明的方案是將丁腈膠乳與凹凸棒石及炭黑懸浮液混合均勻后，將其絮凝、脫水、干燥，然后再與其它配合劑混煉、硫化來制備丁腈橡膠/凹凸棒石/炭黑納米復(fù)合材料。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：(1)使得凹凸棒石及炭黑均勻的分散在橡膠基體中，與炭黑起到協(xié)同補(bǔ)強(qiáng)的作用，克服了現(xiàn)有技術(shù)炭黑的加入仍然需要借助機(jī)械混煉、加工時(shí)粉塵飛揚(yáng)及復(fù)合材料中復(fù)合納米填料的分散不均勻的缺陷。(2)本方法制備的納米復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能、加工性能。制備工藝簡單，可操作性強(qiáng)，易于工業(yè)化，因此本發(fā)明具有重要的應(yīng)用價(jià)值。具體實(shí)施方式一種丁腈橡膠/凹凸棒石/炭黑納米復(fù)合材料的制備方法，依次含有以下步驟：將凹凸棒石及炭黑分散在水中，制得凹凸棒石/炭黑懸浮液；向其中加入丁腈膠乳，30-60℃下攪拌10-30分鐘；將上述混合物絮凝、脫水、干燥，即制備 了丁腈橡膠/凹凸棒石母膠；將制備的母膠與活性劑、硫化促進(jìn)劑、增塑劑、防老劑、硫磺在雙輥混煉機(jī)上混煉均勻、硫化即制備了丁腈橡膠/凹凸棒石/炭黑納米復(fù)合材料。具體而言，本發(fā)明提出一種丁腈橡膠/凹凸棒石/炭黑納米復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：步驟1：取凹凸棒石1-40重量份，炭黑1-60重量份，增塑劑1-20重量份，活性劑1-10重量份，硫化促進(jìn)劑1-5重量份，硫磺1-6重量份，防老劑0.1-5重量份；步驟2：將凹凸棒石及炭黑分散在水中，制得凹凸棒石/炭黑懸浮液，加入干基為100重量份的丁腈膠乳，溫度保持30-60℃攪拌，加入絮凝劑絮凝、脫水干燥制備丁腈橡膠/凹凸棒石/炭黑母膠；步驟3：將步驟2中的母膠與步驟1中的增塑劑、活性劑、硫化促進(jìn)劑、硫磺、防老劑混煉均勻、硫化制備丁腈橡膠/凹凸棒石/炭黑納米復(fù)合材料。所述的丁腈橡膠/凹凸棒石/炭黑納米復(fù)合材料的制備方法中，所述炭黑包括：N110、N220、N330、N550或N375。所述增塑劑包括：DOP、芳烴油、操作油、機(jī)油。所述活性劑選擇氧化劑與硬脂酸的混合物。所述硫化促進(jìn)劑包括：NS、NOBS、TT、CZ、DM中一種或者兩種以上的混合物。所述防老劑包括：防老劑RD、防老劑4010NA、防老劑4020。較佳地，步驟2中攪拌10-30分鐘。而且，本發(fā)明提供了上述方法所制備的丁腈橡膠/凹凸棒石/炭黑納米復(fù)合材料。其中，所述復(fù)合材料采用為橡膠基，包括凹凸棒石1-40重量份，炭黑1-60重量份，增塑劑1-20重量份，活性劑1-10重量份，硫化促進(jìn)劑1-5重量份，硫磺1-6重量份，防老劑0.1-5重量份。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：(1)使得凹凸棒石及炭黑均勻的分散在橡膠基體中，凹凸棒石與炭黑對(duì)橡膠起到協(xié)同補(bǔ)強(qiáng)的作用。(2)本方法制備的納米復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能、加工性能。制備工藝簡單，可操作性強(qiáng)，易于工業(yè)化，因此本發(fā)明具有重要的應(yīng)用價(jià)值。下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。實(shí)施例1-3：丁腈橡膠/凹凸棒石/炭黑納米復(fù)合材料的制備方法：(1)將凹凸棒石及炭黑分散在水中，配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)10％的凹凸棒石/炭黑懸浮液；向丁腈膠乳中加入一定量的凹凸棒石/炭黑懸浮液，60℃下攪拌15分鐘；將上述混合物絮凝、脫水、干燥，即制備了丁腈橡膠/凹凸棒石/炭黑母膠；(2)將制備的母膠與活性劑、硫化促進(jìn)劑、增塑劑、防老劑、硫磺在雙輥混煉機(jī)上混煉均勻、硫化即制備了丁腈橡膠/凹凸棒石/炭黑納米復(fù)合材料。表1：實(shí)施例中各主要成分的比例(重量份)實(shí)施例NBR凹凸棒石N330DOPZnOSADMS防老劑4010NA實(shí)施例110024035111.51實(shí)施例210044035111.51實(shí)施例310064030111.51對(duì)比例1：機(jī)械混煉法制備丁腈橡膠/凹凸棒石/炭黑納米復(fù)合材料：將丁腈橡膠、凹凸棒石、活性劑、炭黑、硫化促進(jìn)劑、增塑劑、防老劑、硫磺在雙輥混煉機(jī)上依次加入并混煉均勻、硫化即制備了丁腈橡膠/凹凸棒石/炭黑納米復(fù)合材料。表2：對(duì)比例中各主要成分的比例(重量份)硫化配方及硫化條件：143℃×35min性能測試：根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。按照上述配方及工藝制備的丁腈橡膠/凹凸棒石/炭黑納米復(fù)合材料的性能見表3，由表3可知，采用乳液共凝法制備的丁腈橡膠/凹凸棒石/炭黑納米復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度、定伸應(yīng)力、撕裂強(qiáng)度較機(jī)械混煉法制備的丁腈橡膠/凹凸棒石/炭黑納米復(fù)合材料均有較大的提高，說明采用本發(fā)明制備的丁腈橡膠/凹凸棒石/炭黑納米復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能，可以充分發(fā)揮凹凸棒石/炭黑對(duì)橡膠的協(xié)同補(bǔ)強(qiáng)特性。表3：丁腈橡膠/凹凸棒石/炭黑納米復(fù)合材料的試驗(yàn)結(jié)果技術(shù)效果：本發(fā)明的方案是將丁腈膠乳與凹凸棒石及炭黑懸浮液混合均勻后，將其絮凝、脫水、干燥，然后再與其它配合劑混煉、硫化來制備丁腈橡膠/凹凸棒石/炭黑納米復(fù)合材料。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：(1)使得凹凸棒石及炭黑均勻的分散在橡膠基體中，與炭黑起到協(xié)同補(bǔ)強(qiáng)的作用，克服了現(xiàn)有技術(shù)炭黑的加入仍然需要借助機(jī)械混煉、加工時(shí)粉塵飛揚(yáng)及復(fù)合材料中復(fù)合納米填料的分散不均勻的缺陷。(2)本方法制備的納米復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能、加工性能。制備工藝簡單，可操作性強(qiáng)，易于工業(yè)化，因此本發(fā)明具有重要的應(yīng)用價(jià)值。當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3