《一種乙丙橡膠/蒙脫土納米複合材料的製備方法》是安徽華菱電纜集團有限公司於2013年2月28日申請的發明專利，該專利申請號為201310063572X，公布號為CN103819819A，專利公布日為2014年5月28日，發明人是朱靜波、張獻、包超、田興友、胡光政、陳龍，該發明涉及一種納米複合材料的製備方法。
《一種乙丙橡膠/蒙脫土納米複合材料的製備方法》所述材料由乙丙橡膠、納米蒙脫土、過氧化二異丙苯按照重量比為100:1-10:2-5的比例混合而成。包括先採用殼聚糖剝離改性鈉基蒙脫土，獲得良好改性的納米蒙脫土，之後按照各原料間一定的重量配比混合均勻，加入到開煉機或密煉機中混煉，再將其置於平板硫化機上壓片成型，最終製得具有較好補強效果且分散均勻的EPR/MMT納米複合材料。採用該發明製備的乙丙橡膠/蒙脫土納米複合材料呈剝離的片層狀態，且經納米蒙脫土改性，乙丙橡膠基體的拉伸強度和斷裂伸長率都得到了明顯改善。
2017年6月22日，《一種乙丙橡膠/蒙脫土納米複合材料的製備方法》獲得安徽省第五屆專利獎優秀獎。
基本介紹
- 中文名：一種乙丙橡膠/蒙脫土納米複合材料的製備方法
- 公布號：CN103819819A
- 公布日：2014年5月28日
- 申請號：201310063572X
- 申請日：2013年2月28日
- 申請人：安徽華菱電纜集團有限公司
- 地址：安徽省蕪湖市無為縣龍庵工業區華菱大道1號
- 發明人：朱靜波、張獻、包超、田興友、胡光政、陳龍
- Int.Cl.：C08L23/16(2006.01)I、C08K9/04(2006.01)I、C08K3/34(2006.01)I、C08K5/14(2006.01)I、B29C35/02(2006.01)I
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
乙丙橡膠由於其優異的電絕緣、耐臭氧、耐候等性能，廣泛套用於汽車部件、電線電纜、密封件等領域，但是由於其自身的力學性能較差，因而在使用時需要添加各種補強劑以達到較高的力學性能。
採用納米粒子與聚合物復配以提高聚合物的力學性能被證明是行之有效的方法，截至2013年2月，已經有大量的報導。納米蒙脫土是一類常用的納米層狀補強材料，使用時為避免相分離和團聚，通常進行有機改性，採用的改性劑多為季銨鹽、烷基銨鹽類有機小分子物質。例如如中國發明專利CN1683449A公開了一種乙丙橡膠/蒙脫土納米複合材料的製備方法。這種乙丙橡膠/蒙脫土納米複合材料的組成為乙丙橡膠、蒙脫土、插層劑、硫化活性劑、促進劑及硫化劑。首先在30～120℃的加工溫度下將乙丙橡膠、蒙脫土和插層劑加入到密煉機中進行混煉，然後在30～100℃下將上述混煉膠加入密煉機中並加入硫化活性劑、促進劑及硫化劑，在剪下混合過程中，插層劑和乙丙橡膠分子會原位發生插層，結果使蒙脫土的層間距明顯擴張，最後將混煉膠在140～200℃下進行硫化，即得到插層型的乙丙橡膠/蒙脫土納米複合材料。該發明所提供製備方法的加工工藝簡單，無需在混煉前對蒙脫土進行有機改性，並可大幅提高乙丙橡膠的力學性能和熱穩定性。但其分散改性的效果並不顯著，且片層並不具備一定的取向性。
發明內容
專利目的
該發明的目的在於克服2013年2月之前技術的不足，提供一種具有良好分散性及補強效果的乙丙橡膠/蒙脫土納米複合材料的製備方法。
技術方案
《一種乙丙橡膠/蒙脫土納米複合材料的製備方法》其特徵在於包括以下步驟：
1）改性的納米蒙脫土製備步驟：將納米蒙脫土置於去離子水中，配成濃度為0.2～5wt％的溶液，然後充分攪拌3～10天后靜置；將殼聚糖溶解於醋酸溶液中，配成濃度為1～5wt％溶液；之後將同等體積的納米蒙脫土溶液和殼聚糖溶液混合，並攪拌10～30小時，接著離心分離混合溶液並用去離子水洗滌，在50～100℃下真空乾燥後，最後得到改性的納米蒙脫土（M-MMT）粉末；
2）按照100:1～10:2～5的重量比例，分別將乙丙橡膠、改性的納米蒙脫土和過氧化二異丙苯依次加入開煉機或密煉機中，於40～70℃下混煉6～35分鐘，得到EPR/M-MMT複合混煉膠；之後將混煉膠置於平板硫化機上，於140～200℃下硫化5～40分鐘，製得EPR/M-MMT納米複合材料。其中，所述改性的納米蒙脫土粉末呈現一定的片層取向分布。其中，所述乙丙橡膠為二元或三元乙丙橡膠；進一步地，所述三元乙丙橡膠的第三單體為亞乙基降冰片烯或雙環戊二烯或1,4-己二烯。其中，所述納米蒙脫土為鈉基蒙脫土，離子交換率為70～120毫摩爾/100克。
改善效果
- 對製得的目標產物使用掃描電鏡進行表征，由其結果可知，改性後的納米MMT呈現剝離狀態，且片層呈現一定的取向。
- 對製得的目標產物使用萬能試驗機進行力學性能的表征，可以看到隨著少量改性納米蒙脫土的引入，乙丙橡膠基體的拉伸強度和斷裂伸長率都得到了明顯改善。
附圖說明
圖1為《一種乙丙橡膠/蒙脫土納米複合材料的製備方法》改性的納米MMT的SEM電鏡照片，其中a為真空乾燥前混合溶液，b為真空乾燥後的納米粉末。
圖2為該發明改性的納米蒙脫土對EPDM力學性能的影響表。
權利要求
1.《一種乙丙橡膠/蒙脫土納米複合材料的製備方法》所述乙丙橡膠為二元乙丙橡膠，或者為第三單體為雙環戊二烯或1,4-己二烯的三元乙丙橡膠，其特徵在於包括以下步驟：
1）改性的納米蒙脫土製備步驟：將納米蒙脫土置於去離子水中，配成濃度為0.2～5wt％的溶液，然後充分攪拌3～10天后靜置；將殼聚糖溶解於醋酸溶液中，配成濃度為1～5wt％溶液；之後將同等體積的納米蒙脫土溶液和殼聚糖溶液混合，並攪拌10～30小時，接著離心分離混合溶液並用去離子水洗滌，在50～100℃下真空乾燥後，最後得到改性的納米蒙脫土（M-MMT）粉末；
2）按照100:1～10:2～5的重量比例，分別將乙丙橡膠、改性的納米蒙脫土和過氧化二異丙苯依次加入開煉機或密煉機中，於40～70℃下混煉6～35分鐘，得到EPR/M-MMT複合混煉膠；之後將混煉膠置於平板硫化機上，於140～200℃下硫化5～40分鐘，製得EPR/M-MMT納米複合材料。
2.根據權利要求1所述的一種乙丙橡膠/蒙脫土納米複合材料的製備方法，其特徵在於所述改性的納米蒙脫土粉末呈現一定的片層取向分布。
3.根據權利要求1所述的一種乙丙橡膠/蒙脫土納米複合材料的製備方法，其特徵在於所述納米蒙脫土為鈉基蒙脫土，離子交換率為70～120毫摩爾/100克。
實施方式
- 實施例1
將納米蒙脫土置於去離子水中，配成濃度為1wt％的溶液，然後充分攪拌5天后靜置；將殼聚糖溶解於醋酸溶液中，配成濃度為1wt％的溶液；之後將100毫升的納米蒙脫土溶液和殼聚糖溶液混合，並攪拌20小時，接著離心分離混合溶液並用去離子水洗滌，在60℃下真空乾燥，最後得到改性的納米蒙脫土（M-MMT）粉末，其剝離效果如圖1所示。然後，按照100:1:3的重量比例，分別將乙丙橡膠、改性的納米蒙脫土和過氧化二異丙苯依次加入開煉機中，於50℃下混煉10分鐘，得到EPR/M-MMT複合混煉膠；之後將混煉膠置於平板硫化機上，於160℃下硫化10分鐘，製得力學性能如表1所示的EPR/M-MMT納米複合材料。
- 實施例2
將納米蒙脫土置於去離子水中，配成濃度為1wt％的溶液，然後充分攪拌5天后靜置；將殼聚糖溶解於醋酸溶液中，配成濃度為1wt％的溶液；之後將100毫升的納米蒙脫土溶液和殼聚糖溶液混合，並攪拌20小時，接著離心分離混合溶液並用去離子水洗滌，在60℃下真空乾燥，最後得到改性的納米蒙脫土（M-MMT）粉末，其剝離效果如圖1所示。然後，按照100:2:3的重量比例，分別將乙丙橡膠、改性的納米蒙脫土和過氧化二異丙苯依次加入開煉機中，於50℃下混煉10分鐘，得到EPR/M-MMT複合混煉膠；之後將混煉膠置於平板硫化機上，於160℃下硫化10分鐘，製得力學性能如表1所示的EPR/M-MMT納米複合材料。
- 實施例3
將納米蒙脫土置於去離子水中，配成濃度為1wt％的溶液，然後充分攪拌5天后靜置；將殼聚糖溶解於醋酸溶液中，配成濃度為1wt％的溶液；之後將100毫升的納米蒙脫土溶液和殼聚糖溶液混合，並攪拌20小時，接著離心分離混合溶液並用去離子水洗滌，在60℃下真空乾燥，最後得到改性的納米蒙脫土（M-MMT）粉末，其剝離效果如圖1所示。然後，按照100:4:3的重量比例，分別將乙丙橡膠、改性的納米蒙脫土和過氧化二異丙苯依次加入開煉機中，於50℃下混煉10分鐘，得到EPR/M-MMT複合混煉膠；之後將混煉膠置於平板硫化機上，於160℃下硫化10分鐘，製得力學性能如表1所示的EPR/M-MMT納米複合材料。
- 實施例4
將納米蒙脫土置於去離子水中，配成濃度為0.2wt％的溶液，然後充分攪拌5天后靜置；將殼聚糖溶解於醋酸溶液中，配成濃度為3wt％的溶液；之後將100毫升的納米蒙脫土溶液和殼聚糖溶液混合，並攪拌10小時，接著離心分離混合溶液並用去離子水洗滌，在80℃下真空乾燥，最後得到改性的納米蒙脫土（M-MMT）粉末，其剝離效果如圖1所示。 然後，按照100:10:5的重量比例，分別將乙丙橡膠、改性的納米蒙脫土和過氧化二異丙苯依次加入開煉機中，於50℃下混煉6分鐘，得到EPR/M-MMT複合混煉膠；之後將混煉膠置於平板硫化機上，於140℃下硫化5分鐘，製得力學性能如表1所示的EPR/M-MMT納米複合材料。
- 實施例5
將納米蒙脫土置於去離子水中，配成濃度為5wt％的溶液，然後充分攪拌5天后靜置；將殼聚糖溶解於醋酸溶液中，配成濃度為5wt％的溶液；之後將100毫升的納米蒙脫土溶液和殼聚糖溶液混合，並攪拌30小時，接著離心分離混合溶液並用去離子水洗滌，在100℃下真空乾燥，最後得到改性的納米蒙脫土（M-MMT）粉末，其剝離效果如圖1所示。然後，按照100:1:2的重量比例，分別將乙丙橡膠、改性的納米蒙脫土和過氧化二異丙苯依次加入開煉機中，於70℃下混煉35分鐘，得到EPR/M-MMT複合混煉膠；之後將混煉膠置於平板硫化機上，於200℃下硫化40分鐘，製得力學性能如表1所示的EPR/M-MMT納米複合材料。
榮譽表彰
2017年6月22日，《一種乙丙橡膠/蒙脫土納米複合材料的製備方法》獲得安徽省第五屆專利獎優秀獎。
