[發明專利]碳納米管?SiO2復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201610543033.X
• 申請日: 2016-07-12
• 公開（公告）號: CN106188614B
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 趙海靜;李紅;董明
• 申請（專利權）人: 蘇州賽福德備貿易有限公司
• 主分類號: C08K3/36
• 分類號: C08K3/36;C08K7/24;C08K3/04;C08L21/00;B60C1/00
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司32103
• 代理人: 范晴

技術領域

本發明屬于材料技術領域，具體涉及碳納米管-SiO₂復合材料的合成方法。

背景技術

隨著環保意識的加強，制備滾動阻力小、抗濕滑性好、耗油低、廢氣排放少的“綠色輪胎”越來越受到人們的重視。綠色輪胎配方中會利用SiO₂替代炭黑提高輪胎的抗濕滑性能，降低滾動阻力。SiO₂不導電、散熱差，造成輪胎的導電與導熱性降低；SiO₂與橡膠的相親性差，使用前需進行處理或增加偶聯劑的用量，從而導致加工時間長、能耗大，因而影響輪胎的整體強度和使用性能。

碳納米管具有優異的導熱、導電、機械增強性能，與SiO₂共同使用，可彌補SiO₂自身在導電、導熱方面的不足。但是，碳納米管與SiO₂粒徑小、表面能大、易團聚，難以在橡膠基體中形成均勻分布，成為材料中的應力集中點，降低材料的強度與使用性能。提高SiO₂與橡膠的相親性、實現碳納米管與SiO₂并用在橡膠中均勻分布，是提高輪胎性能的關鍵與難點。為此，本發明由此而來。

發明內容

本發明為解決上述技術問題，提供了一種碳納米管-SiO₂復合材料的合成方法，既可提高SiO₂與橡膠的相親性，又可解決碳納米管與SiO₂并用在橡膠中難均勻分布的問題，得到的納米尺度均勻復合的碳納米管-SiO₂材料，提高了輪胎的整體強度和使用性能。

本發明的第一方面提供一種碳納米管-SiO₂復合材料的合成方法，其包括如下步驟：

(1)將碳源、有機硅源、催化劑按一定配比均勻混合，

(2)在保護氣氛下將前述均勻混合的原料加入高溫合成爐中進行高溫氣化熱解，生長成碳納米管-SiO₂復合材料。

優選的技術方案，所述所述碳源為有機碳源，其分子式為CxHyOz，其中20≥x≥1，y≥0，z≥0，包括但不限于甲醇、乙醇、苯。

優選的技術方案，有機硅源分子式為mSiO₂·nC·pH，其中10≥m≥1，20≥n＞0，p＞0，包括正硅酸酯類、硅醇。

優選的技術方案，所述催化劑選自二茂鐵、乙酰丙酮鎳、環烷酸鈷、硬脂酸鈷、二甲基亞砜、二苯硫醚、噻吩中的一種或幾種。

優選的技術方案，所述原料中C與Si的摩爾比為1：1-100，優選為1:10-50。

優選的技術方案，得到的復合材料中的SiO₂的直徑在50-100nm，且表面長有碳納米管。

優選的技術方案，得到復合材料中的碳納米管包括兩種：a.與SiO₂共生碳納米管的直徑在20-100nm，長度在1-30μm；b.生長在SiO₂表面碳納米管的直徑在5-30nm，長度在10-1000nm。

本發明的第二方面提供一種碳納米管-SiO2復合材料，其由如下方法制備得到：(1)將碳源、有機硅源、催化劑按一定配比均勻混合，

(2)在保護氣氛下將前述均勻混合的原料加入高溫合成爐中進行高溫氣化熱解，生長成碳納米管-SiO2復合材料。

本發明的第三方面提供了前述的碳納米管-SiO₂復合材料用于制造橡膠輪胎的用途。

本發明提供一種碳納米管-SiO₂復合材料的合成方法：

1)將碳源(CxHyOz)，其中20≥x≥1，y≥0，z≥0、有機硅源(mSiO₂·nC·pH)，10≥m≥1，20≥n＞0，p＞0、催化劑等原料按一定配比加入高溫(700-1400℃)合成爐中；

2)有機硅源和碳源在高溫作用下氣化、熱解生成游離碳、氫、和SiO₂納米顆粒；催化劑熱解、還原生成金屬單質和S單質；

3)部分催化劑金屬單質沉積在SiO₂顆粒表面、原位形成碳納米管；部分催化劑金屬單質獨立存在，獨自生成碳納米管；

4)合成爐中各物質呈沸騰狀態，形成Si/C比例可控的SiO₂與碳納米管納米尺度均勻混合的復合材料。