專利名稱：一種熱硫化型硅橡膠納米復合材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及熱硫化型硅橡膠納米復合材料及其制備方法，尤其涉及采用有機蒙脫土母煉膠混煉工藝的熱硫化型硅橡膠納米復合材料及其制備方法。
背景技術：
硅橡膠是一種分子鏈兼具無機和有機性質的高分子彈性材料，它的分子主鏈由硅原子和氧原子交替組成，硅氧鍵比一般碳-碳結合鍵能要大得多，這使得硅橡膠具有很高的熱穩定性。
熱硫化硅橡膠是硅橡膠產品中最重要的一類，甲基乙烯基硅橡膠是其中最主要的品種，俗稱高溫膠。甲基乙烯基硅橡膠(生膠)是無色、無臭、無毒、無機械雜質的膠狀物，生膠按需要加入適當的補強劑、結構控制劑、硫化劑等助劑一起混煉，然后升溫模壓成型或擠出成型做成各種制品。其制品具有優良的電絕緣性，抗電弧、電暈、電火花能力強，防水、防潮、抗沖擊力、抗震性好，具有生理惰性，透氣性等性能。主要用于航空、儀表、電子電器、航海、冶金、機械、汽車、醫療衛生等部門，可做各種形狀的密封圈、墊片、管、電纜，也可做人體器官、血管、透氣膜以及橡膠模具、精密鑄造的脫模劑等。
硅橡膠具有優良的耐熱老化和耐候老化性，對紫外和臭氧的作用十分穩定。硅氧鏈呈螺旋構型，分子鏈的柔韌性大，分子鏈間的相互作用力弱，這些結構特征使它的硫化膠柔軟且富有彈性，但物理機械性能較差。
現在比較成功地制備高強度硅橡膠的方法有①采用處理過的白炭黑，例如用六甲基二硅氮烷處理的4#氣相法白炭黑，即高抗撕白炭黑(或稱高補強白炭黑)，撕裂強度可達40～50kN/m。②在乙烯基硅橡膠中加入高乙烯基含量的、且相對分子質量較低的聚硅氧烷(俗稱C膠)，以4#白炭黑為補強劑、硅氧烷為結構控制劑，可以將撕裂強度提高到4050kN/m。
與有機橡膠相比，補強后的硅橡膠雖然在常溫下的機械強度仍不如天然橡膠、丁苯橡膠等，但由于其耐熱性好，所以在高溫下能表現出優良的機械性能。以上方法雖然可以有效提高硅橡膠的強度，但由于氣相法白炭黑混煉困難、飛揚大、易結構化，導致加工復雜，而且高抗撕白炭黑的價格相當昂貴，大大增加了成本。近年來，聚合物/蒙脫土納米復合材料因為在制備、結構、性能及應用方面優于一般的聚合材料，已成為當今聚合物材料開發應用的熱點。該材料中使用的蒙脫土，制備工藝簡單、成本低廉，但必須采用物理或化學插層法使蒙脫土呈納米片層結構狀態分散在聚合物中，而作為固態的熱硫化型硅橡膠在加工過程中很難使蒙脫土達到上述要求，因此成為其在該體系中廣泛應用的一個混煉工藝瓶頸。
發明內容
本發明需要解決的混煉工藝問題是公開一種熱硫化型硅橡膠納米復合材料及其制備方法，以克服現有材料的缺陷。
本發明的熱硫化型硅橡膠納米復合材料的組份和重量份為甲基乙烯基硅橡膠生膠50份2，4-二特丁基過氧己烷 0.5～0.8份有機蒙脫土母煉膠49.2～49.5份所說的甲基乙烯基硅橡膠生膠可采用商業化的產品，如上海回天化工新材料有限公司生產的高溫硫化型硅橡膠系列產品；所說的2，4-二特丁基過氧己烷可采用商業化的產品，如上海回天化工新材料有限公司生產的高溫硫化型硅橡膠系列產品；所說的有機蒙脫土母煉膠中，有機蒙脫土的重量含量為30～50％；所說的有機蒙脫土母煉膠的制備方法包括如下步驟
首先將50～70克甲基乙烯基硅橡膠生膠溶解在100毫升甲苯溶液中制成粘度較低的溶液；然后將30～50克的有機蒙脫土緩慢倒入上述溶液中，攪拌1～3小時，得到含有納米有機蒙脫土的硅橡膠溶液；最后將該硅橡膠溶液在室溫下晾置12～30小時，并放入干燥箱中40～60℃干燥8～12小時，將硅橡膠中的甲苯溶劑完全除去，制得30～50％的有機蒙脫土母煉膠；所說的有機蒙脫土為一類經有機插層劑改性的非金屬層狀硅酸鹽礦物，主要的礦物成分為含90～95％蒙脫土的層狀硅酸鹽，其單位晶胞有兩層硅氧四面體中間夾帶一層硅氧八面體組成，兩者之間靠共用氧原子連接；所說的插層劑為C12～C18端羥基季銨鹽或端氨基季銨鹽，例如二羥基三甲基十二烷基溴化銨，改性的有機蒙脫土，可采用商業化的產品，如浙江豐虹粘土有限公司生產的牌號為DK2的產品。
本發明的熱硫化型硅橡膠納米復合材料制備方法包括如下步驟按照比例，將甲基乙烯基硅橡膠生膠和所說的有機蒙脫土母煉膠在開煉機上混煉，溫度為30～50℃，時間為0.2～0.5小時；按照比例加入2，4-二特丁基過氧己烷，混煉10～30分鐘后出片；將上述膠片在平板硫化機上硫化，硫化條件為165～175℃×5～10分鐘，可制得本發明熱硫化型硅橡膠納米復合材料。
本發明的熱硫化型硅橡膠納米復合材料，由于有機蒙脫土母煉膠中的蒙脫土以納米片層分散在聚合物基體中，納米片層可表現出小尺寸效應、界面效應和量子隧道效應等優異性能，大大增加其化學反應的接觸面及活性。因此在本發明中，20％有機蒙脫土/熱硫化型硅橡膠納米復合材料的拉伸強度和斷裂伸長率與直接加入20％有機蒙脫土的硅橡膠相比，有了較大程度的提高；而且其拉伸強度接近于加入20％氣相白炭黑的硅橡膠的補強效果，力學性能如斷裂伸長率也有了較大程度的提高。
具體實施例方式
實施例1首先將70克甲基乙烯基硅橡膠(生膠)溶解在100毫升甲苯溶液中制成粘度較低的溶液；然后將30克有機蒙脫土倒入上述溶液中，攪拌1小時，得到含有納米有機蒙脫土的硅橡膠溶液；最后將該硅橡膠溶液在室溫下晾置30小時，并放入干燥箱中40℃干燥12小時，將硅橡膠中的甲苯溶劑完全去除去，制得30％的有機蒙脫土母煉膠。
將50克甲基乙烯基硅橡膠(生膠)和50克30％的有機蒙脫土母煉膠在開煉機上30℃混煉0.5小時，然后加入0.5克2，4-二特丁基過氧己烷，混煉20分鐘后出片，再將上述膠片在平板硫化機上硫化，硫化條件為165℃×10分鐘，即獲得本發明的15％有機蒙脫土/熱硫化型硅橡膠納米復合材料。將該納米復合材料制成啞鈴狀試樣，并按GB/T1701-2001進行拉伸實驗，所得拉伸強度和斷裂伸長率見表1。
實施例2首先將60克甲基乙烯基硅橡膠(生膠)溶解在90毫升甲苯溶液中制成粘度較低的溶液；然后將40克有機蒙脫土緩慢倒入上述溶液中，攪拌2小時，得到含有納米有機蒙脫土的硅橡膠溶液；最后將該硅橡膠溶液在室溫下晾置24小時，并放入干燥箱中50℃干燥10小時，將硅橡膠中的甲苯溶劑完全去除，制得40％的有機蒙脫土母煉膠。
將50克甲基乙烯基硅橡膠(生膠)和50克40％有機蒙脫土母煉膠在開煉機上40℃混煉0.3小時，然后加入0.6克2，4-二特丁基過氧己烷，混煉30分鐘后出片，將上述膠片在平板硫化機上硫化，硫化條件為170℃×8分鐘，即獲得本發明的20％有機蒙脫土/熱硫化型硅橡膠納米復合材料。將該納米復合材料制成啞鈴狀試樣，并按GB/T1701-2001進行拉伸實驗，所得拉伸強度和斷裂伸長率見表1。
實施例3首先將50克甲基乙烯基硅橡膠(生膠)溶解在80毫升甲苯溶液中制成粘度較低的溶液；然后將50克有機蒙脫土緩慢倒入上述溶液中，攪拌3小時，得到含有納米有機蒙脫土的硅橡膠溶液；最后將該硅橡膠溶液在室溫下晾置12小時，然后放入干燥箱中60℃干燥8小時，將硅橡膠中的甲苯溶劑完全去除，制得50％的有機蒙脫土母煉膠。
將50克甲基乙烯基硅橡膠(生膠)和50克50％有機蒙脫土母煉膠在開煉機上50℃混煉0.2小時，然后0.7克2，4-二特丁基過氧己烷，混煉10分鐘出片，將上述膠片在平板硫化機上硫化，硫化條件為175℃×5分鐘，即獲得本發明的25％有機蒙脫土/熱硫化型硅橡膠納米復合材料。將該納米復合材料制成啞鈴狀試樣，并按GB/T1701-2001進行拉伸實驗，所得拉伸強度和斷裂伸長率見表1。
對比例1將85克甲基乙烯基硅橡膠(生膠)和15克有機蒙脫土在開煉機上30℃混煉0.5小時，然后加入0.5克2，4-二特丁基過氧己烷，混煉20分鐘，出片將上述膠片在平板硫化機上硫化，硫化條件為175℃×5分鐘，即獲得15％有機蒙脫土/熱硫化型硅橡膠復合材料。將該復合材料制成啞鈴狀試樣，并按GB/T1701-2001進行拉伸實驗，所得拉伸強度和斷裂伸長率見表1。
對比例2將80克甲基乙烯基硅橡膠(生膠)和20克有機蒙脫土在開煉機上40℃混煉0.4小時，然后加入0.6克2，4-二特丁基過氧己烷，混煉20分鐘，出片將上述膠片在平板硫化機上硫化，硫化條件為175℃×5分鐘，即獲得20％有機蒙脫土/熱硫化型硅橡膠復合材料。將該復合材料制成啞鈴狀試樣，并按GB/T1701-2001進行拉伸實驗，所得拉伸強度和斷裂伸長率見表1。
對比例3將75克甲基乙烯基硅橡膠(生膠)和25克有機蒙脫土在開煉機上45℃混煉0.3小時，然后加入0.7克2，4-二特丁基過氧己烷，混煉20分鐘，出片將上述膠片在平板硫化機上硫化，硫化條件為175℃×5分鐘，即獲得25％有機蒙脫土/熱硫化型硅橡膠復合材料。將該復合材料制成啞鈴狀試樣，并按GB/T1701-2001進行拉伸實驗，所得拉伸強度和斷裂伸長率見表1。
對比例4將80克甲基乙烯基硅橡膠(生膠)和20克氣相白炭黑在開煉機上50℃混煉0.2小時，然后加入0.8克2，4-二特丁基過氧己烷，混煉20分鐘，出片將上述膠片在平板硫化機上硫化，硫化條件為175℃×5分鐘，即獲得20％氣相白炭黑/熱硫化型硅橡膠復合材料。將該復合材料制成啞鈴狀試樣，并按GB/T1701-2001進行拉伸實驗，所得拉伸強度和斷裂伸長率見表1。
表1
權利要求
1.一種熱硫化型硅橡膠納米復合材料，其特征在于，組份和重量份為甲基乙烯基硅橡膠生膠50份2，4-二特丁基過氧己烷 0.5～0.8份有機蒙脫土母煉膠49.2～49.5份。所說的有機蒙脫土母煉膠中，有機蒙脫土的重量含量為30～50％。
2.根據權利要求1所述的材料，其特征在于，所說的有機蒙脫土母煉膠的制備方法包括如下步驟首先將50～70克甲基乙烯基硅橡膠生膠溶解在100毫升甲苯溶液中制成粘度較低的溶液；然后將30～50克的有機蒙脫土緩慢倒入上述溶液中，攪拌1～3小時，得到含有納米有機蒙脫土的硅橡膠溶液；最后將該硅橡膠溶液在室溫下晾置12～30小時，并放入干燥箱中40～60℃干燥8～12小時，將硅橡膠中的甲苯溶劑完全除去，制得30～50％的有機蒙脫土母煉膠。
3.根據權利要求2所述的材料，其特征在于，所說的有機蒙脫土為一類經有機插層劑改性的非金屬層狀硅酸鹽礦物；所說的插層劑為C12～C18端羥基季銨鹽或端氨基季銨鹽。
4.根據權利要求1、2或3所述的材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟按照比例，將甲基乙烯基硅橡膠生膠和所說的有機蒙脫土母煉膠在開煉機上混煉，溫度為30～50℃，時間為0.2～0.5小時；按照比例加入2，4-二特丁基過氧己烷，混煉10～30分鐘后出片；將上述膠片在平板硫化機上硫化，硫化條件為165～175℃×5～10分鐘，可制得熱硫化型硅橡膠納米復合材料。
全文摘要
本發明公開了一種熱硫化型硅橡膠納米復合材料及其制備方法。其特征在于，組份和重量份為甲基乙烯基硅橡膠生膠50份，2，4－二特丁基過氧己烷0.5～0.8份，有機蒙脫土母煉膠49.2～49.5份。本發明由于有機蒙脫土母煉膠中的蒙脫土以納米片層分散在聚合物基體中，納米片層可表現出小尺寸效應、界面效應和量子隧道效應等優異性能，大大增加其化學反應的接觸面及活性。因此，20％有機蒙脫土/熱硫化型硅橡膠納米復合材料的拉伸強度和斷裂伸長率與直接加入20％有機蒙脫土的硅橡膠相比，有了較大程度的提高；而且其拉伸強度接近于加入20％氣相白炭黑的硅橡膠的補強效果，斷裂伸長率也有了較大程度的提高。
文檔編號C08K9/00GK1970635SQ20061011819
公開日2007年5月30日 申請日期2006年11月10日 優先權日2006年11月10日
發明者王錦成, 陳月輝 申請人:上海工程技術大學