專利名稱：半透明三元乙丙橡膠/蒙脫土插層納米復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種使用無機(jī)填料增強(qiáng)的聚合物復(fù)合材料，特別是一種蒙脫土填充三元乙丙橡膠而形成的半透明插層型三元乙丙橡膠納米復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
聚合物納米復(fù)合材料是一種無機(jī)填料以納米尺度分散在聚合物基體中的復(fù)合材料。在該納米尺度下，無機(jī)填料在填充量很少情況下不僅極大地改善了材料的物理機(jī)械性能，提高了材料的熱變形溫度和模量，而且也改善了材料的阻燃性和氣體阻隔性能，正是由于納米材料的性能優(yōu)勢使其得到飛速地發(fā)展。三元乙丙橡膠由于其結(jié)構(gòu)和性能上的優(yōu)越，使其在橡膠市場上占有很大的比重。但由于其極性很弱，早期認(rèn)為高極性的層狀硅酸鹽在三元乙丙橡膠中實現(xiàn)納米級分散是難以實現(xiàn)的。少量的有關(guān)三元乙丙橡膠和蒙脫土的專利發(fā)明(US6462122，US6407155，US6271297)多是采用偶聯(lián)劑，如硅烷，鈦酸脂和鋁酸脂等，所得到的納米材料多是不透明的。我們前期的工作中有關(guān)三元乙丙橡膠/蒙脫土插層(剝離)納米復(fù)合材料制備方法，采用了粉狀硫化劑和促進(jìn)劑，其硫化交聯(lián)度由于有機(jī)土對硫化劑的吸附作用，而隨著蒙脫土量的增加而減少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種半透明的三元乙丙橡膠/蒙脫土納米復(fù)合材料及其制備方法。該方法通過將鈉基蒙脫土經(jīng)過陽離子交換反應(yīng)后，借助于過氧化物硫化劑與聚合物三元乙丙橡膠插層復(fù)合，采用了液體或熔融態(tài)的過氧化物作為硫化劑，由于避免或減少了有機(jī)蒙脫土對硫化劑的吸附作用，其硫化交聯(lián)度隨著有機(jī)蒙脫土加入量的增加沒有明顯的變化，從而形成了一種半透明插層型的三元乙丙橡膠/蒙脫土納米復(fù)合材料。
本發(fā)明半透明三元乙丙橡膠/蒙脫土插層納米復(fù)合材料的原料組分和用量如下(重量份)三元乙丙橡膠 100蒙脫土 0.5-20陽離子改性劑 0.1-15質(zhì)子化劑 1-20分散介質(zhì) 100-1100硫化劑 0.5-3.0本發(fā)明使用蒙脫土粒徑為50-100μm，其陽離子交換容量為50-120meq/100g。
本發(fā)明使用三元乙丙橡膠是一種乙烯含量為70％、第三單體為乙叉降冰片烯，門尼粘度大于70(ML1+4℃)的乙烯丙烯共聚體。
本發(fā)明使用陽離子改性劑是三甲基十八烷基氯化銨，二甲基芐基十八烷基氯化銨，雙甲基雙十八烷基氯化銨。
本發(fā)明使用質(zhì)子化劑是鹽酸和硫酸。
本發(fā)明使用分散介質(zhì)是水。
本發(fā)明使用硫化劑是過氧化二異丙苯(DCP)，2，5-甲基-2，5-二叔丁基過氧己烷(雙2，5)，過氧化苯甲酰(BP)。
本發(fā)明半透明三元乙丙橡膠/蒙脫土插層納米復(fù)合材料的制備方法按下述步驟進(jìn)行(1)蒙脫土的陽離子的交換反應(yīng)將陽離子交換容量為50-120meq/100g的蒙脫土0.5-20份，在100-1100份的分散介質(zhì)存在下高速攪拌，形成穩(wěn)定的懸浮體系A(chǔ)；將0.1-15份陽離子改性劑溶于100-1100份的分散介質(zhì)中，加入1-20份質(zhì)子化劑，形成溶液B。將懸浮液A加熱到70-90℃，將溶液B緩慢滴加入A中，高速攪拌3-5小時后，制得蒙脫土溶膠，用去離子水沖洗、過濾、烘干、粉碎得有機(jī)蒙脫土粉末；
(2)三元乙丙橡膠與有機(jī)蒙脫土的混合將上述經(jīng)過陽離子交換反應(yīng)的蒙脫土與三元乙丙橡膠按1∶10-20的重量比在密煉機(jī)中熔融共混。加工溫度80-90℃，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速34-136rpm，總混煉時間10-15min。在生膠與有機(jī)土混合結(jié)束后，將混合物冷卻，在雙輥開煉機(jī)中加入硫化劑，薄通十余遍后，即得產(chǎn)品。
本發(fā)明半透明三元乙丙橡膠/蒙脫土插層納米復(fù)合材料使部分三元乙丙橡膠大分子進(jìn)入蒙脫土片層中間，造成層狀硅酸鹽片層間距的增大，形成了插層型納米復(fù)合材料，增強(qiáng)了橡膠基體與無機(jī)填料之間的相互作用，使復(fù)合材料的的力學(xué)性能得到了極大地提高，光學(xué)性能有了很大的改善。具體表現(xiàn)為較高的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率和透光率及較低的霧度。
稱取該有機(jī)蒙脫土粉末2.5g與三元乙丙橡膠50g加入密煉機(jī)中。混煉溫度90℃，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速136rom，總混煉時間10min?；鞜捊Y(jié)束后出料冷卻，將所得的混合物在雙輥開煉機(jī)上加入硫化劑DCP 1.0g，常溫薄通十余次后，按轉(zhuǎn)子硫化儀所示的最佳時間硫化試片。其性能見表1。
稱取該有機(jī)蒙脫土粉末2.5g與三元乙丙橡膠50g加入密煉機(jī)中?；鞜挏囟?0℃，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速136rom，總混煉時間10min?；鞜捊Y(jié)束后出料冷卻，將所得的混合物在雙輥開煉機(jī)上加入硫化劑DCP 1.0g，常溫薄通十余次后，按轉(zhuǎn)子硫化儀所示的最佳時間硫化試片。其性能見表1。
稱取該有機(jī)蒙脫土粉末2.5g與三元乙丙橡膠50g加入密煉機(jī)中?；鞜挏囟?0℃，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速136rpm，總混煉時間10min。混煉結(jié)束后出料冷卻，將所得到的混合物在雙輥開煉機(jī)上加入硫化劑DCP1.0g，常溫薄通十余次后，按轉(zhuǎn)子硫化儀所示的最佳時間硫化試片。其性能見表1。實施例5蒙脫土的有機(jī)化見實施例2。
稱取該有機(jī)蒙脫土粉末A5.0g與三元乙丙橡膠50g加入密煉機(jī)中?；鞜挏囟?0℃，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速136rpm，總混煉時間10min。混煉結(jié)束后出料冷卻，將所得到的混合物在雙輥開煉機(jī)上加入硫化劑DCP 1.0g，常溫薄通十余次后，按轉(zhuǎn)子硫化儀所示的最佳時間硫化試片。其性能見表1。
稱取該有機(jī)蒙脫土粉末B 5.0g與三元乙丙橡膠50g加入密煉機(jī)中?；鞜挏囟?0℃，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速136rpm，總混煉時間10min?；鞜捊Y(jié)束后出料冷卻，將所得到的混合物在雙輥開煉機(jī)上加入硫化劑DCP1.0g，常溫薄通十余次后，按轉(zhuǎn)子硫化儀所示的最佳時間硫化試片。其性能見表1。
稱取該有機(jī)蒙脫土粉末C 5.0g與三元乙丙橡膠50g加入密煉機(jī)中。混煉溫度90℃，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速136rpm，總混煉時間10min?；鞜捊Y(jié)束后出料冷卻，將所得到的混合物在雙輥開煉機(jī)上加入硫化劑DCP 1.0g，常溫薄通十余次后，按轉(zhuǎn)子硫化儀所示的最佳時間硫化試片。其性能見表1。
表1實施例 三元乙丙橡有機(jī)蒙脫土蒙脫土含量拉伸強(qiáng)度扯斷伸長率透光率(％)霧度(％)膠含量(份) 種類 (份) (MPa)(％)1100 0 5.75275 50.2 84.32100A 5 7.2 312 73.1 43.23100B 5 7.8 329 69.3 38.64100C 5 8.0 347 65.4 35.05100A 10 12.2408 62.6 58.26100B 10 13.6423 603 47.47100C 10 14.5465 58.4 40.8硫化條件175℃×18min各有機(jī)蒙脫土改性劑A三甲基十八烷基氯化銨B二甲基芐基十八烷基氯化銨C雙甲基雙十八烷基氯化銨
權(quán)利要求
1 半透明三元乙丙橡膠/蒙脫土插層納米復(fù)合材料包括三元乙丙橡膠和蒙脫土，其特征在于所述的復(fù)合材料的原料組分和含量如下(重量份)三元乙丙橡膠 100蒙脫土0.5-20陽離子改性劑 0.1-15質(zhì)子化劑 1-20分散介質(zhì) 100-1100硫化劑0.5-3.0所述的復(fù)合材料中蒙脫土粒徑為50-100μm，其陽離子交換容量為50-120meq/100g。
2 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半透明三元乙丙橡膠/蒙脫土插層納米復(fù)合材料，其特征在于所述的三元乙丙橡膠是一種乙烯含量為70％、第三單體為乙叉降冰片烯、門尼粘度大于70(ML1+4，100℃)的乙烯丙烯共聚體。
3 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半透明三元乙丙橡膠/蒙脫土插層納米復(fù)合材料，其特征在于所述的陽離子改性劑是三甲基十八烷基氯化銨，二甲基芐基十八烷基氯化銨，雙甲基雙十八烷基氯化銨。
4 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半透明三元乙丙橡膠/蒙脫土插層納米復(fù)合材料，其特征在于所述的質(zhì)子化劑是鹽酸和硫酸。
5 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半透明三元乙丙橡膠/蒙脫土插層納米復(fù)合材料，其特征在于所述的分散介質(zhì)是水。
6 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半透明三元乙丙橡膠/蒙脫土插層納米復(fù)合材料，其特征在于所述的硫化劑是過氧化二異丙苯，2，5-二甲基-2，5-二叔丁基過氧己烷，過氧化苯甲酰。
7 半透明三元乙丙橡膠/蒙脫土插層納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于按下述步驟進(jìn)行(1)將陽離子交換容量為50-120meq/100g的蒙脫土0.5-20份，在100-1100份分散介質(zhì)存在下高速攪拌，形成穩(wěn)定的懸浮體系A(chǔ)；將0.1-15份陽離子改性劑溶于100-1100份的分散介質(zhì)中，加入1-20份質(zhì)子化劑，形成溶液B。將懸浮體系A(chǔ)加熱到70-90℃，將溶液B緩慢滴加入A中，高速攪拌3-5小時后，制得蒙脫土溶膠，用去離子水沖洗，過濾，烘干，粉碎成有機(jī)蒙脫土粉末；(2)將上述有機(jī)蒙脫土粉末與三元乙丙橡膠按1∶10-20的重量比在密煉機(jī)中熔融共混，加工溫度80-90℃，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速34-136rpm，總混煉時間為10-15min，混煉結(jié)束后，將混合物出料冷卻，在雙輥開煉機(jī)上加入硫化劑，薄通十幾遍后，即得產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半透明三元乙丙橡膠/蒙脫土插層納米復(fù)合材料及其制備方法，其制備方法是將蒙脫土經(jīng)過陽離子交換反應(yīng)后，與三元乙丙橡膠進(jìn)行熔融共混，最后加入液體或熔融的過氧化物硫化劑進(jìn)行硫化。本發(fā)明中的納米復(fù)合材料的力學(xué)性能、光學(xué)性能隨著有機(jī)蒙脫土在聚合物基質(zhì)中分散程度的改善而明顯提高。
文檔編號C08K5/17GK1425710SQ0311480
公開日2003年6月25日 申請日期2003年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月9日
發(fā)明者鄭華, 張勇, 彭宗林, 張隱西 申請人:上海交通大學(xué)