本发明专利技术属于材料领域，具体涉及一种预分散碳纳米管橡胶母粒的制备方法。该方法其特征是，所述的橡胶母粒包括下述重量份数的组分：碳纳米管5-100、橡胶5-100、蜡5-100、分散助剂0.5-50、防老剂0.5-5、活化剂0.1-10；橡胶母粒其制备方法具体为，将上述重量份数的组分下高速剪切、混合，对碳纳米管进行原位活化改性，碳纳米管分散均匀、无微米级团聚体，造粒，得到预分散高浓度碳纳米管橡胶母粒。采用本发明专利技术的配方及方法所制备的预分散碳纳米管橡胶母粒，可以使轮胎胎面胶的撕裂强度提高5-10%左右甚至更高，阿克隆磨耗体积减小30%左右甚至更高，体积电阻率减小2个数量级，同时拉伸强度和拉断伸长率等力学性能基本不变或稍有提高。
【技术实现步骤摘要】
预分散碳纳米管橡胶母粒的制备方法
本专利技术属于材料领域，具体涉及一种预分散碳纳米管橡胶母粒的制备方法。
技术介绍
碳纳米管的硬度或模量与金刚石相当，杨氏模量约为1.8TPa；拉伸强度约为200GPa，是钢的强度高100倍，重量却只有后者的1/6到1/7。同时，碳纳米管的弹性应变最高可达到12%左右，拥有像弹簧一样良好的柔韧性。碳纳米管的电导率可达到铜的1万倍，导热性也非常好。因此，碳纳米管被称为“超级纤维”。由于碳纳米管具有与炭黑相似的表面结构和化学组成，是一种能够用于橡胶复合材料的理想增强填料，赋予橡胶制品高强度、高耐磨、高导电、高导热等性能，在航空航天、舰艇工业、交通运输等领域具有广阔的应用前景。但是由于碳纳米管具有极强的表面效应，非常容易发生团聚和缠结，并在橡胶中形成肉眼可见的疙瘩，进一步会造成橡胶制品力学性能的明显降低。解决这一问题的唯一方法，是对碳纳米管进行适当的表面功能化改性，提高碳纳米管与橡胶之间的界面结合，并实现碳纳米管的均匀分散。在碳纳米管表面接枝或偶联的有机材料，包括羧基、胺基[吕满庚等，一种碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备方法。CN1858111A公开了《一种碳纳米管/环氧树脂高性能复合材料的制备方法》，该方法的特征是，以环氧化天然橡胶作为碳纳米管与天然橡胶之间的相容剂，利用环氧化天然橡胶与天然橡胶之间的优异的相容性，以及环氧化天然橡胶与碳纳米管之间的化学反应，改善碳纳米管在天然橡胶中的分散效果，增强碳纳米管与天然橡胶之间的相互作用，制备高性能碳纳米管-天然橡胶复合材料；该复合材料的硫化胶片的拉伸强度为26-30Mpa，拉断伸长率为750-900%，300%定伸应力为4-6Mpa。上述的方法其缺点是，制备的复合材料仅应用于天然橡胶等橡胶，应用范围窄，尤其是粉状碳纳米管直接加入炼胶设备中，易飞扬、污染大、难输送，难以应用到大型橡胶工业生产中。CN1844209A公开的《提高碳纳米管与橡胶分子结合能力的制备方法》，在酸处理的碳纳米管表面共价结合多硫化物，多硫化物修饰的碳纳米管与橡胶共混制备碳纳米管/橡胶纳米复合材料，多硫化物修饰的碳纳米管通过以下方法得到的：方法一：用酸对碳纳米管处理，然后与酰化剂反应，产物与多硫化物反应得到多硫化物修饰的碳纳米管；方法二，用酸化的碳纳米管直接与多硫化物反应得到多硫化物修饰的碳纳米管；方法三，用酸化的碳纳米管与具有X-R-Y或者是NH2-R-SI-(OB)3结构的化合物反应，再与多硫化物反应得到多硫化物修饰的碳纳米管。该方法得到的材料中，聚合物分子是共价接枝在碳纳米管的管壁，碳纳米管与聚合物之间有强烈的相互作用。该方法的缺点是：制备方法尚属于实验室小试范畴，同样不能避免粉状碳纳米管易飞扬、污染大、难输送。CN102321879A公开的《一种含碳纳米管的改性橡胶及其制备方法》，该方法中提到，一种含碳纳米管的改性橡胶，其中碳纳米管通过苯基四氮唑与橡胶进行共价键连接，该改性橡胶中，碳纳米管为橡胶重的0.1-10%，该专利技术还披露了该改性橡胶的制备方法，碳纳米管与4-溴苯胺反应10-30小时，然后加入叠氮化钠反应10-48小时，加入橡胶和Cu(I)催化剂反应24-72小时，水洗、干燥，即得含碳纳米管的改性橡胶。上述的方法其缺点是：制备方法尚属于实验室小试范畴，不能应用到大型橡胶工业生产中。CN102344587A公开的《一种高模量、低生热的碳纳米管/橡胶复合材料制备方法》，该方法是利用等离子体改性的方法在碳纳米管表面沉积一层1~2nm的聚丙烯酸无定形层，将这种改性后的碳纳米管与硅烷偶联剂通过机械共混的方法加入到橡胶中，并采用高温状态下热辊处理的技术进一步增强其界面结合作用，并提高分散；高温高压状态下硫化得到改性碳纳米管/橡胶复合材料。所述的碳纳米管是普通的碳纳米管或具有一维取向排列结构的碳纳米管束，所述的橡胶是指天然橡胶、聚异戊二烯橡胶、丁苯橡胶或顺丁橡胶。本专利技术所制备的复合材料的拉伸强度有较大程度的提高，而模量提高程度尤为明显，同时压缩生热量大幅度降低。上述的方法其缺点是：制备方法同样不能避免粉状碳纳米管易飞扬、污染大、难输送，难以应用到大型橡胶工业生产中。CN101381483A，公开了《聚合物基碳纳米管复合材料的制备方法》，该方法的步骤是，按照碳纳米管在复合材料中的质量百分比含量为0.01-10%的比例，将碳纳米管直接加入或者是预分散于液体介质中，加入聚合物基体材料的单体、齐聚物或者是单体或齐聚物的溶液中，通过混合得到混合物；将所得的混合物用电子束进行辐照处理，获得含碳纳米管的聚合物复合材料。该方法的缺点是：制备方法尚属于实验室小试范畴，同样不能避免粉状碳纳米管易飞扬、污染大、难输送。综上，上述改性方法都是将碳纳米管粉（或分散液）直接加入到生产设备中，不仅使用不方便，更有易飞扬、污染大、难混合、分散尚需提高等缺点。以往避免这一问题的措施，包括制备碳纳米管的液体分散体系，如D.鲁德哈特，含碳纳米管的分散体的制备方法，CN103189310A公开的《制备含碳纳米管的分散体的方法》，该方法包括下面的步骤：1.制备分散剂、分散助剂和任选地碳纳米管的混合物，2如果碳纳米管在步骤1中加入，任选地预分散步骤1的混合物，3将步骤1的混合物或步骤2的预分散混合物进行分散，其中用高压均化器进行分散和其中在分散过程中将混合物全部或部分地导入回路中，其中该分散的特征在于在分散过程中将另外的CNT聚集体连续或不连续地加入到混合物中，由此获得初始分散体，4.在高压均化器中将步骤3中获得的初始分散体任选地以回路模式进一步分散，由此获得最终分散体。但此方法仅仅适用于导电油墨等特殊场合，远远不能满足橡胶工业及其他高分子产业的需求。因此，需要针对上述方法的缺陷进行改进，寻找一种分散效果好，污染小，混炼能耗低、力学性能好的橡胶母粒的生产方法。
技术实现思路
为了解决上述的技术问题，本专利技术提供了预分散碳纳米管橡胶母粒的制备方法，本专利技术的方法是，将碳纳米管、橡胶、蜡、分散助剂及其他橡胶助剂混合均匀、造粒后，得到外观规整、便于存放/运输的碳纳米管母粒，该预分散碳纳米管橡胶母粒使用方便、分散效果好，还具有污染小、混炼能耗低、力学性能好等优点，符合绿色经济的发展需求，可应用于橡胶制品、塑料制品等的加工中。本专利技术的预分散碳纳米管橡胶母粒是通过下述的技术方案来解决以上的技术问题的：一种预分散碳纳米管橡胶母粒的制备方法，橡胶母粒包括下述重量份数的组分：碳纳米管5-100橡胶5-100蜡5-100分散助剂0.5-50防老剂0.5-5活化剂0.1-10；所述的橡胶母粒其制备方法具体为，将上述重量份数的组分下高速剪切、混合，对碳纳米管进行原位活化改性，碳纳米管分散均匀、无微米级团聚体，造粒，得到预分散高浓度碳纳米管橡胶母粒。碳纳米管为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管，改性碳纳米管粉、分散液中的至少一种；或者是上述碳纳米管与炭黑、白炭黑、陶土、高岭土、硅藻土、橡胶常用矿物填料的混合物。橡胶为丁苯橡胶、天然橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶、丁基橡胶、卤化丁基橡胶、丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、氯丁橡胶、乙烯-醋酸乙烯酯橡胶、聚氨酯橡胶、杜仲胶、古塔波胶、氟橡胶、硅橡胶、氯化聚乙烯橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、丁二烯-苯乙烯类热本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种预分散碳纳米管橡胶母粒的制备方法，其特征在于，所述的橡胶母粒包括下述重量份数的组分：碳纳米管5‑100 橡胶5‑100 蜡5‑100 分散助剂0.5‑50防老剂0.5‑5 活化剂0.1‑10；所述的橡胶母粒其制备方法具体为，将上述重量份数的组分下高速剪切、混合，对碳纳米管进行原位活化改性，碳纳米管分散均匀、无微米级团聚体，造粒，得到预分散高浓度碳纳米管橡胶母粒。
【技术特征摘要】
1.一种预分散碳纳米管橡胶母粒的制备方法，包括下述的步骤：将20份多壁碳纳米管加入到耐压玻璃反应器中，加入马来酸酐10-20份，密封反应器，油浴升温至150-200℃反应8-20h，反应完后冷却至室温，反应混合物分别用甲苯和甲醇清洗，过滤，滤饼60℃真空干燥一夜，即得到表面改性的多壁碳纳米管；将上述碳纳米管与100份塑炼天然橡胶、5份微晶蜡、5份硬脂酸、1份防老剂、1份活化剂，按照一定炼胶工艺在密炼机、开炼机中混炼均匀，得到高浓度的预分散碳纳米管橡胶复合材料；将上述预分散碳纳米管橡胶复合材料制成胶条，加入到单螺杆橡胶挤出机中，按照一定挤出工艺挤出成条，然后切断、造粒。2.如权利要求1所述的一种预分散碳纳米管橡胶母粒的制备方法制备得到的橡胶母粒在生产预分散碳纳米管母粒改性的半钢子午胎胎面胶中的应用，具体为：将实际碳纳米管份数分别为0.5、1.0份的预分散母粒，与15份顺丁橡胶、85份丁苯橡胶、高耐磨炉黑40、沉淀法白炭黑20、Si691.6、氧化锌2.5、硬脂酸1.5、促进剂1.5、防老剂1.5、硫黄1.0得到预分散碳纳米管母粒改性的半钢子午胎胎面胶。3.一种预分散碳纳米管橡胶母粒的制备方法，包括下述的步骤：称取80份多壁碳纳米管，加入到耐压玻璃反应器中，再加入双环戊二烯40-80份，密封反应器，升温至150-200℃反应6-10h，反应完后冷却至室温，反应混合物分别用甲苯和甲醇清洗，过滤，滤饼60℃真空干燥一夜，即得到表面改性的多壁碳纳米管；将上述碳纳米管与10份塑炼天然橡胶、20份微晶蜡、10份硬脂酸、1份防老剂、1份活化剂，按照一定炼胶工艺在密炼机、开炼机中混炼均匀，得到高浓度的预分散碳纳米管橡胶复合材料；将上述预分散碳纳米管橡胶复合材料制成胶条，加入到单螺杆橡胶挤出机中，按照一定挤出工艺挤出成条，然后切断、造粒。4.如权利要求3所述的一种预分散碳纳米管橡胶母粒的制备方法制备得到的橡胶母粒在生产预分散碳纳米管母粒改性的半钢子午胎胎面胶中的应用，具体为：将实际碳纳米管份数分别为0.5、1.0份的预分散母粒，与天然橡胶100、炭黑50、氧化锌5.0、硬脂酸2.0、塑解剂1.0、促进剂1.0、防老剂2.0、硫黄2.0得到预分散碳纳米管母粒...
【专利技术属性】
技术研发人员：李岩，徐泗蛟，翟俊学，马云涛，
申请(专利权)人：山东大展纳米材料有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37
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