[發明專利]復合納米改性填料及其制備方法

無效

• 申請號: 200910099057.0
• 申請日: 2009-06-08
• 公開（公告）號: CN101580604A
• 公開（公告）日: 2009-11-18
• 發明（設計）人: 余志揚;丁秋萍;楊立功
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C08K13/06
• 分類號: C08K13/06;C08K3/26;C08K3/04
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司
• 代理人: 金 祺

技術領域

本發明涉一種可用于制備改性橡膠(特別是橡膠密封制品)的復合納米改性填料。

背景技術

橡膠工業在國民經濟中起著舉足輕重的作用，與人民的日常生活息息相關。目前全世界每年都消耗數百萬噸的橡膠。然而，由于純橡膠本身的強度很低，在橡膠工業中需要用大量的填料來改進橡膠的各種性質，例如：提高橡膠的力學性能、使橡膠具有磁性、導電性、阻燃性等。這些填料能使橡膠具有良好的可加工性能，進而使其滿足更高要求的工業應用。

目前我國所使用的填料主要是炭黑和白炭黑，它們作為橡膠工業賴以生存和發展的補強性填料而占據著絕對的主導地位，其用量更是占了生膠用量的30％。

但是，上述傳統補強填料具有以下缺點：(1)加工污染大。由于炭黑和白炭黑的密度非常小，在橡膠密封制品的生產過程中極易產生飛揚，造成嚴重污染，并危害人體健康。(2)導致橡膠密封制品的加工時間長，能耗大。(3)所得的橡膠密封制品顏色單調。(4)由于對石油的依賴，炭黑的資源在逐漸減少；而由于白炭黑價格昂貴，不可能完全替代炭黑；因此，尋找一種價廉且無污染的新型橡膠填料一直是科技工作者研究的重要課題。

碳納米管自1991年由日本學者Iijima首先發現以來，因其獨特的結構和優異的性能而迅速成為科學領域的研究熱點。由于碳納米管具有優良的力學性能、極高的長徑比、熱穩定性和獨特的導電性能，因此，碳納米管被認為是復合材料最理想的增強劑。迄今為止，利用碳納米管、納米CaCO₃、炭黑三種材料復合而成的橡膠改性填料還未見報道。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種復合納米改性填料及其制備方法，采用本發明復合納米改性填料所制備的橡膠密封制品具有優良的機械性能、耐腐蝕性能和耐黃變性能。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種復合納米改性填料的制備方法，以體積含量為10％～50％的親水性碳納米管、10％～60％的納米CaCO₃和20％～80％的炭黑組成主原料，包括以下步驟：

1)、將納米CaCO₃和炭黑混合，得混合物；

2)、將親水性碳納米管與分散劑和去離子水混合，并調節pH值為7～12，得碳納米管混合液；所述分散劑與親水性碳納米管的質量比為5％～40％；

3)、將混合物和碳納米管混合液混合后，經噴霧干燥，得復合納米改性填料。

作為本發明的復合納米改性填料的制備方法的改進：親水性碳納米管為親水性的多壁碳納米管或親水性的單壁碳納米管。

作為本發明的復合納米改性填料的制備方法的進一步改進：步驟2)中的分散劑為十二烷基苯磺酸鈉或十二烷基磺酸鈉，去離子水與碳納米管的體積比為1∶8～12。

在本發明的制備方法中，步驟3)中噴霧干燥的工藝條件為：混合物和碳納米管混合液混合后所得的料漿流量為3～5kg/h，控制熱風進口溫度為100℃～150℃。在步驟2)中可采用KOH或氨水來調節pH值。

本發明中：納米CaCO₃和炭黑均能通過市購的方式獲得；例如納米CaCO3可選用立達超微工業(蘇州)有限公司生產的超微細碳酸鈣LD-1500，炭黑可選用加拿大Cancarb公司生產的N990炭黑；親水性碳納米管可采用申請號為200610118281.6的《一種親水性碳納米管及其制備方法》來制備。

本發明還同時提供了按照上述制備方法所得的復合納米改性填料。

實際使用時，本發明的復合納米改性填料可直接與天然橡膠或橡膠膠乳按照3∶7的重量比混合；從而得到改性橡膠。該改性橡膠用于制備各種橡膠密封制品，例如主要用于制備密封圈、密封條、密封墊等，也可用于制備輪胎氣密層、膠管、膠帶、油封、門框密封條等。在改性橡膠中添加本發明的復合納米改性填料，能大幅度提高改性橡膠(橡膠密封制品)的各項力學系數、耐黃變性能，使所得的改性橡膠的性能顯著優于傳統產品。

經測試，添加了本發明復合納米改性填料的改性橡膠的主要性能參數如下：

(1)壓縮永久變形，％：(23+2)℃/72h≤35；(70+2)℃/24h≤50。

(2)耐臭氧化性：臭氧濃度70℃/72h，10-6，無裂紋；

(3)耐黃變：模擬大氣環境，受陽光紫外線照射，50℃測試280小時色彩無變化。

具體實施方式

以下份數均代表體積份數。

實施例1、一種復合納米改性填料的制備方法，依次進行以下步驟：