一种气相分散的碳纳米管分散体制备碳纳米管/天然橡胶复合材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种气相分散的碳纳米管分散体制备碳纳米管/天然橡胶复合材料的方法，将定量气相分散的碳纳米管分散体收集物加入到低浓度天然橡胶乳液中，进行抽真空，得到预复合的产品；按照所需将适量纯天然橡胶乳液加入到上述预复合的产品中，充分搅拌混合；加入破乳剂进行破乳，经后续进一步加工，得到碳纳米管/天然橡胶复合材料。

【技术实现步骤摘要】
所属
：本专利技术涉及将碳纳米管用于高分子材料改性
，特别是一种气相分散的碳纳米管分散体制备碳纳米管/天然橡胶复合材料的方法。
技术介绍
：碳纳米管，是石墨片按照一定螺旋角卷曲而成的、直径为纳米级的管状物质。其有非常大的长径比，沿着长度方向的热交换性能很高，而相对的其垂直方向的热交换性能较低，通过合适的取向，碳纳米管可以合成高各向异性的热传导材料。由于碳纳米管自身较强的范德华力以及非常大的长径比，导致其在生产过程中极易发生团聚。而在使用时，往往要将碳纳米管的团聚体充分分散才能达到理想的使用效果。湿法混炼技术是将预先加工的炭黑、白炭黑等填料制成水分散体，在液态下与橡胶胶乳充分混合，再经凝聚、脱水、干燥等过程生产橡胶混炼胶的方法。与传统的将干胶与炭黑、白炭黑等配合剂在密炼机中进行多段干法混炼完全不同。湿法混炼要达到较好的分散与补强效果，白炭黑、炭黑经处理应具有一定的亲水与亲橡胶烃的双亲性能，能够与胶乳粒子共沉，白炭黑、炭黑加入到胶乳中时，胶乳体系不能立刻产生絮凝，必须留充足的搅拌混合时间，能与胶乳粒子在机械搅拌的作用下充分混合、分散均匀。专利技术专利CN200510011445.0公开了一种添加碳纳米管的天然橡胶液体浆料及其制备方法，制备时首先对CNTs进行表面处理，使其具有亲水性，然后将其与分散剂、去离子水混合，得到CNTs-水悬浮液，调节该悬浮液的pH值到9～12，最后与天然胶乳均匀混合，得到添加CNTs的天然橡胶液体浆料。但是，该专利技术使用酸煮的方法对碳纳米管进行表面处理，必然破坏碳纳米管的结构，降低了碳纳米管在复合材料中的性能。专利CN201510963821.X公开了一种碳纳米管分散方法，通过此方法能高效生产大量的碳纳米管分散体，在电镜下呈现完全分散的状态，附图2是气相分散的碳纳米管分散体扫描电镜图。附图1是气相分散的碳纳米管分散体的收集物，肉眼观看如棉花状蓬松，经实验室测定其体积较碳纳米管原粉增大了120倍。附图3是碳纳米管原粉的扫描电镜图，附图4是气相分散的碳纳米管分散体的扫描电镜图，二者相比较碳纳米管分散体具有较大的比体积，单根碳纳米管之间距离较远，几乎不出现碳纳米管原粉中的团聚体。将气相分散的碳纳米管分散体的收集物与橡胶相复合，实验验证其在橡胶中形貌保持良好，较均匀的分散于橡胶中。将气相分散的碳纳米管分散体的收集物与橡胶相复合的方法，和传统的碳纳米管与橡胶相复合的方法相比具有很多的优势。脱离了液相分散碳纳米管所导致的分散不充分、容易发生二次团聚；无需对碳纳米管进行表面处理，不用加入分散剂，不影响碳纳米管与天然橡胶胶乳的结合效果。气相分散的碳纳米管分散体在橡胶中形貌保持良好，较均匀的分散于橡胶中，不会形成二次团聚。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于提供一种气相分散的碳纳米管分散体制备制备碳纳米管/天然橡胶复合材料的方法。碳纳米管在橡胶基体中团聚现象普遍存在，从复合材料增强的原理出发，要求用于补强的填充物应在基体中充分分散，而弹性聚合物基体的高粘滞性大大提高了填充物在其中分散的难度，这是影响碳纳米管改性橡胶复合材料性能提高的主要原因之一。因此，解决碳纳米管在橡胶基体中的分散问题，就成为了碳纳米管改性橡胶复合材料制备及其性能优化的关键。由于天然橡胶胶乳本身的特点，在和碳纳米管混合过程中很容易发生絮凝现象，从而阻碍了气相分散的碳纳米管分散体与天然橡胶在微观层面的混合，这是制备添加碳纳米管的天然橡胶的难点所在。因此本专利技术主要实现碳纳米管在天然橡胶中均匀分散。一种气相分散的碳纳米管分散体制备碳纳米管/天然橡胶复合材料的方法，其特征在于，依次含有以下步骤：(1)将去离子水与天然橡胶乳液混合制备低浓度天然橡胶乳液，低浓度天然橡胶乳液中固体物含量为0.1％甚至更高；(2)按照所需将定量气相分散的碳纳米管分散体收集物加入到步骤(1)所制得的低浓度天然橡胶乳液中，进行抽真空，抽真空时间为5分钟甚至更长，使得气相分散的碳纳米管分散体收集物浸润到步骤(1)所制得的低浓度天然橡胶乳液中得到预复合产品；(3)按所需浓度比例将适量纯天然橡胶乳液加入到(2)说述的预复合产品中，充分搅拌混合；(4)加入破乳剂进行破乳，经后续进一步加工，制备得碳纳米管/天然橡胶复合材料。附图说明：附图1是气相分散的碳纳米管分散体的收集物实物图。附图2是气相分散的碳纳米管分散体扫描电镜图。附图3是碳纳米管原粉的扫描电镜图。附图4是气相分散的碳纳米管分散体的扫描电镜图。附图5是碳纳米管/天然橡胶复合材料的透射电镜图。具体实施方式：一种气相分散的碳纳米管分散体制备碳纳米管/天然橡胶复合材料的方法，其特征在于，依次含有以下步骤：(1)将去离子水与天然橡胶乳液混合制备低浓度天然橡胶乳液，低浓度天然橡胶乳液中固体物含量为0.1％甚至更高；低溶度天然橡胶乳液在一定程度上降低了胶链分子的浓度，从而大幅的降低了碳纳米管的破乳作用，使得胶链分子可以持续运动至气相分散的碳纳米管分散体收集物内部，完成胶链分子对气相分散的碳纳米管分散体收集物内部的填充。(2)按照所需将定量气相分散的碳纳米管分散体收集物加入到步骤(1)所制得的低浓度天然橡胶乳液中，进行抽真空，抽真空时间为5分钟甚至更长，使得气相分散的碳纳米管分散体收集物浸润到步骤(1)所制得的低浓度天然橡胶乳液中得到预复合产品；由于气相分散的碳纳米管分散体收集物特殊的蓬松结构，其对液体的浸润性较差，难以在短时间内自行浸润到液体之中。抽真空是一个理想的处理方法，低浓度天然橡胶乳液会进入气相分散的碳纳米管分散体空隙，天然橡胶分子包覆在单根的碳纳米管表面，使得分散的碳纳米管能够保持一定的形貌，同时破坏了碳纳米管之间的范德华力，使得后续搅拌时分散的碳纳米管不会团聚在一起。(3)按所需浓度比例将适量纯天然橡胶乳液加入到(2)说述的预复合产品中，充分搅拌混合；将纯天然橡胶乳液加入到预复合产品中，以提高天然橡胶固体物在混合物中的浓度比例，达到配方所需。进行充分搅拌混合，更多的天然橡胶分子会继续包覆在气相分散的碳纳米管分散体表面，通过充分的搅拌，气相分散的碳纳米管分散体均匀混合在天然橡胶乳液中。(4)加入破乳剂进行破乳，经后续进一步加工，制备得碳纳米管/天然橡胶复合材料。实施例1将1g碳纳米管加入到质量为8g的天然橡胶乳液与50g去离子水混合的低浓度天然橡胶乳液中，进行10min的抽真空，得到预复合的产品。将17g纯天然橡胶乳液加入到上述预复合的产品中，充分搅拌混合。加入破乳剂进行破乳，经后续进一步加工，制备得碳纳米管/天然橡胶复合材料，其透视电镜图如附图5所示。可见单根碳纳米管能很好的分散在天然橡胶中，效果良好。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气相分散的碳纳米管分散体制备碳纳米管/天然橡胶复合材料的方法，其特征在于，依次含有以下步骤：(1)将去离子水与天然橡胶乳液混合制备低浓度天然橡胶乳液，低浓度天然橡胶乳液中固体物含量为0.1％甚至更高；(2)按照所需将定量气相分散的碳纳米管分散体收集物加入到步骤(1)所制得的低浓度天然橡胶乳液中，进行抽真空，抽真空时间为5分钟甚至更长，使得气相分散的碳纳米管分散体收集物浸润到步骤(1)所制得的低浓度天然橡胶乳液中得到预复合产品；(3)按所需浓度比例将适量纯天然橡胶乳液加入到(2)说述的预复合产品中，充分搅拌混合；(4)加入破乳剂进行破乳，经后续进一步加工，制备得碳纳米管/天然橡胶复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种气相分散的碳纳米管分散体制备碳纳米管/天然橡胶复合材料的方法，其特征在于，依次含有以下步骤：(1)将去离子水与天然橡胶乳液混合制备低浓度天然橡胶乳液，低浓度天然橡胶乳液中固体物含量为0.1％甚至更高；(2)按照所需将定量气相分散的碳纳米管分散体收集物加入到步骤(1)所制得的低浓度天然橡胶乳液...

【专利技术属性】
技术研发人员：何燕，李少龙，姚明坤，朱圣坤，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37