专利名称：一种热硫化型硅橡胶纳米复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及热硫化型硅橡胶纳米复合材料及其制备方法，尤其涉及采用有机蒙脱土母炼胶混炼工艺的热硫化型硅橡胶纳米复合材料及其制备方法。
背景技术：
硅橡胶是一种分子链兼具无机和有机性质的高分子弹性材料，它的分子主链由硅原子和氧原子交替组成，硅氧键比一般碳-碳结合键能要大得多，这使得硅橡胶具有很高的热稳定性。
热硫化硅橡胶是硅橡胶产品中最重要的一类，甲基乙烯基硅橡胶是其中最主要的品种，俗称高温胶。甲基乙烯基硅橡胶(生胶)是无色、无臭、无毒、无机械杂质的胶状物，生胶按需要加入适当的补强剂、结构控制剂、硫化剂等助剂一起混炼，然后升温模压成型或挤出成型做成各种制品。其制品具有优良的电绝缘性，抗电弧、电晕、电火花能力强，防水、防潮、抗冲击力、抗震性好，具有生理惰性，透气性等性能。主要用于航空、仪表、电子电器、航海、冶金、机械、汽车、医疗卫生等部门，可做各种形状的密封圈、垫片、管、电缆，也可做人体器官、血管、透气膜以及橡胶模具、精密铸造的脱模剂等。
硅橡胶具有优良的耐热老化和耐候老化性，对紫外和臭氧的作用十分稳定。硅氧链呈螺旋构型，分子链的柔韧性大，分子链间的相互作用力弱，这些结构特征使它的硫化胶柔软且富有弹性，但物理机械性能较差。
现在比较成功地制备高强度硅橡胶的方法有①采用处理过的白炭黑，例如用六甲基二硅氮烷处理的4#气相法白炭黑，即高抗撕白炭黑(或称高补强白炭黑)，撕裂强度可达40～50kN/m。②在乙烯基硅橡胶中加入高乙烯基含量的、且相对分子质量较低的聚硅氧烷(俗称C胶)，以4#白炭黑为补强剂、硅氧烷为结构控制剂，可以将撕裂强度提高到4050kN/m。
与有机橡胶相比，补强后的硅橡胶虽然在常温下的机械强度仍不如天然橡胶、丁苯橡胶等，但由于其耐热性好，所以在高温下能表现出优良的机械性能。以上方法虽然可以有效提高硅橡胶的强度，但由于气相法白炭黑混炼困难、飞扬大、易结构化，导致加工复杂，而且高抗撕白炭黑的价格相当昂贵，大大增加了成本。近年来，聚合物/蒙脱土纳米复合材料因为在制备、结构、性能及应用方面优于一般的聚合材料，已成为当今聚合物材料开发应用的热点。该材料中使用的蒙脱土，制备工艺简单、成本低廉，但必须采用物理或化学插层法使蒙脱土呈纳米片层结构状态分散在聚合物中，而作为固态的热硫化型硅橡胶在加工过程中很难使蒙脱土达到上述要求，因此成为其在该体系中广泛应用的一个混炼工艺瓶颈。
发明内容
本发明需要解决的混炼工艺问题是公开一种热硫化型硅橡胶纳米复合材料及其制备方法，以克服现有材料的缺陷。
本发明的热硫化型硅橡胶纳米复合材料的组份和重量份为甲基乙烯基硅橡胶生胶50份2，4-二特丁基过氧己烷 0.5～0.8份有机蒙脱土母炼胶49.2～49.5份所说的甲基乙烯基硅橡胶生胶可采用商业化的产品，如上海回天化工新材料有限公司生产的高温硫化型硅橡胶系列产品；所说的2，4-二特丁基过氧己烷可采用商业化的产品，如上海回天化工新材料有限公司生产的高温硫化型硅橡胶系列产品；所说的有机蒙脱土母炼胶中，有机蒙脱土的重量含量为30～50％；所说的有机蒙脱土母炼胶的制备方法包括如下步骤
首先将50～70克甲基乙烯基硅橡胶生胶溶解在100毫升甲苯溶液中制成粘度较低的溶液；然后将30～50克的有机蒙脱土缓慢倒入上述溶液中，搅拌1～3小时，得到含有纳米有机蒙脱土的硅橡胶溶液；最后将该硅橡胶溶液在室温下晾置12～30小时，并放入干燥箱中40～60℃干燥8～12小时，将硅橡胶中的甲苯溶剂完全除去，制得30～50％的有机蒙脱土母炼胶；所说的有机蒙脱土为一类经有机插层剂改性的非金属层状硅酸盐矿物，主要的矿物成分为含90～95％蒙脱土的层状硅酸盐，其单位晶胞有两层硅氧四面体中间夹带一层硅氧八面体组成，两者之间靠共用氧原子连接；所说的插层剂为C12～C18端羟基季铵盐或端氨基季铵盐，例如二羟基三甲基十二烷基溴化铵，改性的有机蒙脱土，可采用商业化的产品，如浙江丰虹粘土有限公司生产的牌号为DK2的产品。
本发明的热硫化型硅橡胶纳米复合材料制备方法包括如下步骤按照比例，将甲基乙烯基硅橡胶生胶和所说的有机蒙脱土母炼胶在开炼机上混炼，温度为30～50℃，时间为0.2～0.5小时；按照比例加入2，4-二特丁基过氧己烷，混炼10～30分钟后出片；将上述胶片在平板硫化机上硫化，硫化条件为165～175℃×5～10分钟，可制得本发明热硫化型硅橡胶纳米复合材料。
本发明的热硫化型硅橡胶纳米复合材料，由于有机蒙脱土母炼胶中的蒙脱土以纳米片层分散在聚合物基体中，纳米片层可表现出小尺寸效应、界面效应和量子隧道效应等优异性能，大大增加其化学反应的接触面及活性。因此在本发明中，20％有机蒙脱土/热硫化型硅橡胶纳米复合材料的拉伸强度和断裂伸长率与直接加入20％有机蒙脱土的硅橡胶相比，有了较大程度的提高；而且其拉伸强度接近于加入20％气相白炭黑的硅橡胶的补强效果，力学性能如断裂伸长率也有了较大程度的提高。
具体实施例方式
实施例1首先将70克甲基乙烯基硅橡胶(生胶)溶解在100毫升甲苯溶液中制成粘度较低的溶液；然后将30克有机蒙脱土倒入上述溶液中，搅拌1小时，得到含有纳米有机蒙脱土的硅橡胶溶液；最后将该硅橡胶溶液在室温下晾置30小时，并放入干燥箱中40℃干燥12小时，将硅橡胶中的甲苯溶剂完全去除去，制得30％的有机蒙脱土母炼胶。
将50克甲基乙烯基硅橡胶(生胶)和50克30％的有机蒙脱土母炼胶在开炼机上30℃混炼0.5小时，然后加入0.5克2，4-二特丁基过氧己烷，混炼20分钟后出片，再将上述胶片在平板硫化机上硫化，硫化条件为165℃×10分钟，即获得本发明的15％有机蒙脱土/热硫化型硅橡胶纳米复合材料。将该纳米复合材料制成哑铃状试样，并按GB/T1701-2001进行拉伸实验，所得拉伸强度和断裂伸长率见表1。
实施例2首先将60克甲基乙烯基硅橡胶(生胶)溶解在90毫升甲苯溶液中制成粘度较低的溶液；然后将40克有机蒙脱土缓慢倒入上述溶液中，搅拌2小时，得到含有纳米有机蒙脱土的硅橡胶溶液；最后将该硅橡胶溶液在室温下晾置24小时，并放入干燥箱中50℃干燥10小时，将硅橡胶中的甲苯溶剂完全去除，制得40％的有机蒙脱土母炼胶。
将50克甲基乙烯基硅橡胶(生胶)和50克40％有机蒙脱土母炼胶在开炼机上40℃混炼0.3小时，然后加入0.6克2，4-二特丁基过氧己烷，混炼30分钟后出片，将上述胶片在平板硫化机上硫化，硫化条件为170℃×8分钟，即获得本发明的20％有机蒙脱土/热硫化型硅橡胶纳米复合材料。将该纳米复合材料制成哑铃状试样，并按GB/T1701-2001进行拉伸实验，所得拉伸强度和断裂伸长率见表1。
实施例3首先将50克甲基乙烯基硅橡胶(生胶)溶解在80毫升甲苯溶液中制成粘度较低的溶液；然后将50克有机蒙脱土缓慢倒入上述溶液中，搅拌3小时，得到含有纳米有机蒙脱土的硅橡胶溶液；最后将该硅橡胶溶液在室温下晾置12小时，然后放入干燥箱中60℃干燥8小时，将硅橡胶中的甲苯溶剂完全去除，制得50％的有机蒙脱土母炼胶。
将50克甲基乙烯基硅橡胶(生胶)和50克50％有机蒙脱土母炼胶在开炼机上50℃混炼0.2小时，然后0.7克2，4-二特丁基过氧己烷，混炼10分钟出片，将上述胶片在平板硫化机上硫化，硫化条件为175℃×5分钟，即获得本发明的25％有机蒙脱土/热硫化型硅橡胶纳米复合材料。将该纳米复合材料制成哑铃状试样，并按GB/T1701-2001进行拉伸实验，所得拉伸强度和断裂伸长率见表1。
对比例1将85克甲基乙烯基硅橡胶(生胶)和15克有机蒙脱土在开炼机上30℃混炼0.5小时，然后加入0.5克2，4-二特丁基过氧己烷，混炼20分钟，出片将上述胶片在平板硫化机上硫化，硫化条件为175℃×5分钟，即获得15％有机蒙脱土/热硫化型硅橡胶复合材料。将该复合材料制成哑铃状试样，并按GB/T1701-2001进行拉伸实验，所得拉伸强度和断裂伸长率见表1。
对比例2将80克甲基乙烯基硅橡胶(生胶)和20克有机蒙脱土在开炼机上40℃混炼0.4小时，然后加入0.6克2，4-二特丁基过氧己烷，混炼20分钟，出片将上述胶片在平板硫化机上硫化，硫化条件为175℃×5分钟，即获得20％有机蒙脱土/热硫化型硅橡胶复合材料。将该复合材料制成哑铃状试样，并按GB/T1701-2001进行拉伸实验，所得拉伸强度和断裂伸长率见表1。
对比例3将75克甲基乙烯基硅橡胶(生胶)和25克有机蒙脱土在开炼机上45℃混炼0.3小时，然后加入0.7克2，4-二特丁基过氧己烷，混炼20分钟，出片将上述胶片在平板硫化机上硫化，硫化条件为175℃×5分钟，即获得25％有机蒙脱土/热硫化型硅橡胶复合材料。将该复合材料制成哑铃状试样，并按GB/T1701-2001进行拉伸实验，所得拉伸强度和断裂伸长率见表1。
对比例4将80克甲基乙烯基硅橡胶(生胶)和20克气相白炭黑在开炼机上50℃混炼0.2小时，然后加入0.8克2，4-二特丁基过氧己烷，混炼20分钟，出片将上述胶片在平板硫化机上硫化，硫化条件为175℃×5分钟，即获得20％气相白炭黑/热硫化型硅橡胶复合材料。将该复合材料制成哑铃状试样，并按GB/T1701-2001进行拉伸实验，所得拉伸强度和断裂伸长率见表1。
表1
权利要求
1.一种热硫化型硅橡胶纳米复合材料，其特征在于，组份和重量份为甲基乙烯基硅橡胶生胶50份2，4-二特丁基过氧己烷 0.5～0.8份有机蒙脱土母炼胶49.2～49.5份。所说的有机蒙脱土母炼胶中，有机蒙脱土的重量含量为30～50％。
2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所说的有机蒙脱土母炼胶的制备方法包括如下步骤首先将50～70克甲基乙烯基硅橡胶生胶溶解在100毫升甲苯溶液中制成粘度较低的溶液；然后将30～50克的有机蒙脱土缓慢倒入上述溶液中，搅拌1～3小时，得到含有纳米有机蒙脱土的硅橡胶溶液；最后将该硅橡胶溶液在室温下晾置12～30小时，并放入干燥箱中40～60℃干燥8～12小时，将硅橡胶中的甲苯溶剂完全除去，制得30～50％的有机蒙脱土母炼胶。
3.根据权利要求2所述的材料，其特征在于，所说的有机蒙脱土为一类经有机插层剂改性的非金属层状硅酸盐矿物；所说的插层剂为C12～C18端羟基季铵盐或端氨基季铵盐。
4.根据权利要求1、2或3所述的材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤按照比例，将甲基乙烯基硅橡胶生胶和所说的有机蒙脱土母炼胶在开炼机上混炼，温度为30～50℃，时间为0.2～0.5小时；按照比例加入2，4-二特丁基过氧己烷，混炼10～30分钟后出片；将上述胶片在平板硫化机上硫化，硫化条件为165～175℃×5～10分钟，可制得热硫化型硅橡胶纳米复合材料。
全文摘要
本发明公开了一种热硫化型硅橡胶纳米复合材料及其制备方法。其特征在于，组份和重量份为甲基乙烯基硅橡胶生胶50份，2，4－二特丁基过氧己烷0.5～0.8份，有机蒙脱土母炼胶49.2～49.5份。本发明由于有机蒙脱土母炼胶中的蒙脱土以纳米片层分散在聚合物基体中，纳米片层可表现出小尺寸效应、界面效应和量子隧道效应等优异性能，大大增加其化学反应的接触面及活性。因此，20％有机蒙脱土/热硫化型硅橡胶纳米复合材料的拉伸强度和断裂伸长率与直接加入20％有机蒙脱土的硅橡胶相比，有了较大程度的提高；而且其拉伸强度接近于加入20％气相白炭黑的硅橡胶的补强效果，断裂伸长率也有了较大程度的提高。
文档编号C08K9/00GK1970635SQ20061011819
公开日2007年5月30日 申请日期2006年11月10日 优先权日2006年11月10日
发明者王锦成, 陈月辉 申请人:上海工程技术大学