[發(fā)明專利]納米復(fù)合材料及其制備方法和硫化橡膠及其應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410406549.0
• 申請(qǐng)日: 2014-08-18
• 公開（公告）號(hào): CN105368097A
• 公開（公告）日: 2016-03-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曲亮靚;解希銘;姜科;于國柱;趙青松;王麗靜;李紹寧;喬勛昌;劉蘋;劉翠云
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司北京化工研究院
• 主分類號(hào): C09C1/46
• 分類號(hào): C09C1/46;C09C1/28;C09C3/08;C09C3/12;C08K9/04;C08K9/06;C08K3/36;C08K3/04;C08L9/00;C08L9/06;C08K13/06;C08K3/06;C08K3/22;C08K5/1
• 代理公司: 北京潤平知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11283
• 代理人: 王崇;李婉婉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種納米復(fù)合材料，該納米復(fù)合材料的制備方法，由該 方法制備得到的納米復(fù)合材料，含有該納米復(fù)合材料的硫化橡膠以及該 硫化橡膠的應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著世界范圍能源危機(jī)和環(huán)境污染的不斷加劇，人們對(duì)節(jié)能和環(huán)保越來 越重視。為了減少燃油的消耗和溫室氣體的排放，汽車工業(yè)也在向著節(jié)能和 環(huán)保方向發(fā)展，而對(duì)汽車輪胎的改進(jìn)是促進(jìn)汽車節(jié)能環(huán)保的一個(gè)重要方面。 對(duì)于此，歐盟于2009年頒布了兩項(xiàng)涉及輪胎的新法規(guī)，要求最大程度地提 高輪胎安全性和降低噪音的同時(shí)還要盡可能的減少油耗。因此，對(duì)輪胎胎面 膠同時(shí)具有低滾動(dòng)阻力、良好的抗?jié)窕院蛢?yōu)異的耐磨性能(“魔鬼三角”性 能)的高性能輪胎的需求越來越迫切。

在具有上述高性能的輪胎的制備工藝中，對(duì)輪胎胎面膠所使用的橡膠材 料進(jìn)行填充配合是極為重要的方面，決定著橡膠材料的性能，并進(jìn)一步影響 輪胎胎面膠的特性。上世紀(jì)九十年代，米其林公司提出了綠色輪胎的理念， Rauling在美國專利US005227425A中公開的白炭黑填充技術(shù)已成為輪胎高 性能化的必要技術(shù)手段。與炭黑相比，在輪胎中使用白炭黑作為補(bǔ)強(qiáng)劑，可 以顯著降低輪胎的滾動(dòng)阻力，從而降低汽車的油耗，符合節(jié)能減排的環(huán)境要 求，但是僅僅使用白炭黑增強(qiáng)的橡膠的力學(xué)性能和耐磨性能均不夠理想。如 果要進(jìn)一步提高橡膠材料的力學(xué)性能和耐磨性能，就必須加大白炭黑的用 量，但這樣必然會(huì)導(dǎo)致橡膠材料出現(xiàn)動(dòng)態(tài)生熱增加、加工性能變差等問題， 很難使眾多需要的性能得到較好的平衡。

2004年英國科學(xué)家Novoselov和Geim發(fā)現(xiàn)了由sp²雜化碳原子連接的 二維蜂窩狀單原子層晶體-石墨烯，由于其優(yōu)異的力學(xué)及電學(xué)等性能，引起 了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的極大興趣和廣泛關(guān)注[Subrahmanyam,K.S.；Vivekchand, S.R.C.；Govindaraj,A.；Rao,C.N.R.J.Mater.Chem.2008,18:1517]。但是， 目前制備的石墨烯很難溶于水或有機(jī)溶劑，因此氧化石墨烯被用作納米填料 以提高聚合物材料的性能。與石墨烯相比，氧化石墨烯一方面保持了石墨烯 特有的納米結(jié)構(gòu)與極好的力學(xué)性能；另一方面，氧化石墨烯表面含有羧基、 羥基和環(huán)氧基等多種含氧基團(tuán)，賦予了氧化石墨烯與極性高分子之間的更強(qiáng) 的界面相互作用[Nakajima,T.；Mabuchi,A.；Hagiwara,R.Carbon1988, 26:357]，同時(shí)這些基團(tuán)也為氧化石墨烯的功能化提供了廣闊的空間。由于氧 化石墨烯與非極性高分子的相容性較差，因此通常需要在氧化石墨烯表面接 枝活性有機(jī)化合物。JinrongWu[JRWu,GSHuang,HLi,SDWu,YFLiu,J Zheng,Polyemr,54(2013):1930-1937]等人報(bào)道了采用硅烷偶聯(lián)劑修飾的氧化 石墨烯可使天然橡膠材料的力學(xué)性能和氣體阻隔性得到顯著改善。但是采用 該方法表面修飾氧化石墨烯，工藝過程較為繁瑣，且需要大量的溶劑，成本 較高。CN102532629A公開了一種完全剝離的氧化石墨烯/橡膠納米復(fù)合材料 的制備方法，該方法采用乳液復(fù)合與絮凝工藝相結(jié)合，或乳液復(fù)合與噴霧干 燥工藝相結(jié)合，制備的氧化石墨烯納米復(fù)合材料力學(xué)性能、氣體阻隔性及耐 磨性優(yōu)異。CN102604175A公開了氧化石墨烯/白炭黑/橡膠納米復(fù)合材料的 制備方法，該方法采用氧化石墨烯和白炭黑的混合水溶液與橡膠膠乳共混并 進(jìn)行噴霧干燥制備橡膠納米復(fù)合材料；制備得到的橡膠納米復(fù)合材料具有良 好的氣體阻隔性和自愈合能力，但是該方法僅局限于能夠采用乳液聚合的分 子結(jié)構(gòu)單元含量單一的橡膠膠乳中，對(duì)于采用溶液聚合制備的橡膠，如高性 能輪胎用溶聚丁苯橡膠以及異戊橡膠等則不適用。

綜上所述，采用單一填料直接添加到橡膠中以增強(qiáng)橡膠性能的方法難 以確保填料分散均勻和獲得高價(jià)值和滿足日益增加的使用要求的綜合性能 良好的橡膠材料，且橡膠乳液共混的方法僅局限于采用乳液聚合的橡膠， 對(duì)于溶液聚合的橡膠則不適用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的納米復(fù)合材料的制備工藝繁瑣、成 本高，應(yīng)用范圍窄的問題，以及使用現(xiàn)有技術(shù)的納米復(fù)合材料制備的橡膠 材料動(dòng)態(tài)生熱大、加工性能差，用所述橡膠材料制備得到的輪胎的胎面膠 難以兼顧低滾動(dòng)阻力、良好的抗?jié)窕院透吣湍バ阅艿娜毕荩峁┮环N納 米復(fù)合材料，該納米復(fù)合材料的制備方法，由該方法制備得到的納米復(fù) 合材料，以及含有納米復(fù)合材料的硫化橡膠以及該硫化橡膠的應(yīng)用。