一种利用静电自组装制备天然橡胶－碳纳米管复合材料的方法技术

本发明专利技术提供了一种利用静电自组装制备天然橡胶－碳纳米管复合材料的方法，采用表面活性剂对碳纳米管进行表面改性使其带上正电荷，然后再与带负电荷的乳状天然橡胶直接共混，利用静电吸附原理自组装制备天然橡胶－碳纳米管复合材料，该制备方法实现了碳纳米管在天然橡胶中的均匀分散，且与天然橡胶的相容性好，为制备综合性能优异的纳米复合材料橡胶制品提供了技术保证。

【技术实现步骤摘要】
碳纳米管是1991年才被发现的一种新型碳结构，它是由碳原子形成的石墨烯片层 巻成的无缝、中空的管体。由于碳纳米管的径向尺寸很小，管的直径一般在几纳米到几 十纳米，而碳纳米管的长度一般在几微米到几十微米，因此碳纳米管被认为是一种典型 的一维纳米材料。碳纳米管具有优异的力学性能，抗拉强度达到50GPa 200GPa，大约 为钢的一百倍，而密度却只有钢的六分之一。此外碳纳米管还有如化学稳定性好、热稳 定性高、良好的轴向导热性、低温超导性、电磁波吸收特性和较好的吸附性等诸多性能， 是聚合物复合材料的理想填料。因其优越独特的性能，其应用已涉及到纳米电子器件、 电化学材料、储氢材料和复合材料增强体等多方面。天然橡胶作为一种具有优越综合性能的可再生天然资源，具有高弹性、高强度、高 伸长率和耐磨等特点，广泛应用于航空航天、国防军工、重型汽车、飞机轮胎、医用弹 性体中。因此，天然橡胶在国民经济建设中占有非常重要的地位。然而，由于天然橡胶 为非极性橡胶，存在在非极性溶剂中膨胀，耐油、耐溶剂性差，且因含大量不饱和双键， 化学活性高，易于交联和氧化，耐老化性差等缺陷，从而限制了天然橡胶的应用范围。为了弥补天然橡胶自身存在的缺陷，人们通常采用在天然橡胶干胶中加入补强剂、 硫化剂以及各种配合剂经干法混炼的方法制备天然橡胶复合材料。但是，由于该方法的 混炼过程既消耗能源又污染环境，还严重危害操作人员的身体健康，并且加入的填充材 料在天然橡胶中的分散效果不尽人意，导致补强效果不理想。因此，有必要提供一种制 备具有良好综合性能的天然橡胶复合材料的方法。 本专利技术的目的在于提供一种具有良好综合性能的天然橡胶复合材料的制备方法。 具体的说，本专利技术采用表面活性剂对碳纳米管进行表面改性使其带上正电荷，然后 再与带负电荷的乳状天然橡胶直接共混，利用静电吸附原理自组装制备天然橡胶-碳纳米管复合材料(具体过程如图1所示)。 本专利技术的具体实施方案如下-(1) 将适量的碳纳米管置于装有浓硫酸与浓硝酸溶液的烧瓶中煮沸回流，冷却， 去离子水稀释，抽滤洗涤至中性，得到表面功能化的碳纳米管。(2) 将(1)得到的表面功能化的碳纳米管与适量的阴离子表面活性剂加入到去离 子水中超声，调节pH值，再向其中加入适量的阳离子表面活性剂，搅拌后用去离子水洗 涤除去多余的表面活性剂，得到碳纳米管水分散体系。(3) 将(2)得到的碳纳米管水分散体系加入到适量的预处理乳状的天然橡胶中， 搅拌，得到乳状天然橡胶-碳纳米管复合材料。(4) 将(3)到的乳状天然橡胶-碳纳米管复合材料按常规方法凝固、干燥得到天 然橡胶-碳纳米管复合材料薄膜。以上实施方案所述的天然橡胶、碳纳米管、阴离子表面活性剂和阳离子表面活性剂 的份量(以干重量份计，下同)为天然橡胶 10 50份； 碳纳米管 0.2 1.2份；阴离子表面活性剂0.1-0.6份； 阳离子表面活性剂0.02-0.12份。 本专利技术所述的碳纳米管，可选通过气相裂解法制备的多壁碳纳米管，优选管径为 10-30nm，管长为5-15pm，纯度>95.0%的多壁碳纳米管；所述的阴离子表面活性剂， 可选十二垸基硫酸钠，或十二垸基苯磺酸钠，或聚丙烯酸钠，优选十二垸基硫酸钠；所 述的阳离子表面活性剂，可选聚二烯丙基二甲基氯化铵，或垸基糖苷，或溴化十六烷基 三甲胺，优选聚二烯丙基二甲基氯化铵；所述的乳状天然橡胶，可选源自巴西三叶橡胶 树的天然胶乳，或预硫化天然胶乳，优选离心浓縮总固体含量为60%的浓缩天然胶乳或 总固体含量为60%的预硫化浓縮天然胶乳。因此，本专利技术所述的， 优选采用如下实施方式(1) 将0.2 1.2份气相裂解法制备、管径为10-30nm、管长为5-15nm、纯度>95.0% 的多壁碳纳米管置于装有浓硫酸与浓硝酸溶液的烧瓶中煮沸回流1 2.5小时，冷却，大 量去离子水稀释，微孔滤膜减压抽滤洗涤至中性，得到表面功能化的碳纳米管。(2) 将(1)得到的表面功能化的碳纳米管与0.1 0.6份十二垸基硫酸钠加入到去 离子水中超声0.5小时，调节pH值到9-11，再向其中加入0.02 0.12份pH值为10的聚二烯丙基二甲基氯化铵，磁力搅拌5 7小时后，用去离子水洗涤多次以除去多余的表面活性 剂，得到碳纳米管水分散体系。(3) 将(2)得到的碳纳米管水分散体系加入到10 50份pH值为10、离心浓縮总固 体含量为60%的浓縮天然胶乳或总固体含量为60%的预硫化浓縮天然胶乳中，磁力搅拌 20 24小时，得到乳状天然橡胶-碳纳米管复合材料。(4) 将(3)得到的乳状天然橡胶-碳纳米管复合材料按常规方法凝固、干燥得到 天然橡胶-碳纳米管复合材料薄膜。本专利技术制备的碳纳米管-天然橡胶复合材料，碳纳米管在天然橡胶中的均匀分散， 且与天然橡胶的相容性好，为制备综合性能优异的纳米复合材料橡胶制品提供了技术保 证，并且具有制备工艺简单，重现性好，容易实现规模化生产等优点。 [附图说明l图l本专利技术提供的制备碳纳米管-天然橡胶复合材料的静电自组装过程示意图； 图2经过本专利技术方法改性后的纳米碳管在天然橡胶中的透射电镜照片； 图3经过本专利技术方法改性后的纳米碳管在天然橡胶中的扫描电镜照片。 [具体实施方式l下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术 而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技 术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书 所限定的范围。除非另有说明，下文采用的份数为干重量份。实施例一(1) 将l份气相裂解法制备、管径为10-30nm、管长为5-15pm、纯度》95.0%的多 壁碳纳米管置于装有浓硫酸与浓硝酸溶液的烧瓶中煮沸回流1.5小时，冷却，大量去离子 水稀释，微孔滤膜减压抽滤洗涤至中性，得到表面功能化的碳纳米管。(2) 将(1)得到的表面功能化的碳纳米管与0.5份十二垸基硫酸钠加入到去离子水 中超声0.5小时，调节pH值到lO，再向其中加入0.1份pH为10的聚二烯丙基二甲基氯化铵， 磁力搅拌5小时后用去离子水洗涤多次以除去多余的表面活性剂，得到碳纳米管水分散 体。(3) 将(2)得到的碳纳米管水分散体加入到20份pH值为10、离心浓縮总固体 含量为60%的浓缩天然胶乳中，磁力搅拌20小时，得到乳状天然橡胶-碳纳米管复合材料。(4)将(3)得到的乳状天然橡胶-碳纳米管复合材料按常规方法凝固、干燥得到 天然橡胶-碳纳米管复合材料薄膜。实施例二(1) 将0.5份气相裂解法制备、管径为10-30nm、管长为5-15pm、纯度》95.0%的多 壁碳纳米管置于装有浓硫酸与浓硝酸溶液的烧瓶中煮沸回流2小时，冷却，大量去离子 水稀释，微孔滤膜减压抽滤洗涤至中性，得到表面功能化的碳纳米管。(2) 将(1)得到的表面功能化的碳纳米管与0.25份的十二烷基硫酸钠加入到去离 子水中超声0.5小时，调节pH值到lO，再向其中加入0.05份pH值为10的聚二烯丙基二甲 基氯化铵，磁力搅拌6小时后用去离子水洗涤多次以除去多余的表面活性剂，得到碳纳 米管水分散体。(3) 将(2)得到的碳纳米管水分散体加入到40份pH值为10、离心浓縮总固体 含量为60%的预硫化浓縮天本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用静电自组装制备碳纳米管－天然橡胶复合材料的方法，其特征在于含有以下步骤，其中的组分均为干重量份：　（１）将０．２～１．２份碳纳米管置于装有浓硫酸与浓硝酸溶液的烧瓶中煮沸回流，冷却，去离子水稀释，抽滤洗涤至中性，得到表面功能化的碳纳米管。　（２）将（１）得到的表面功能化的碳纳米管与０．１～０．６份阴离子表面活性剂加入到去离子水中超声，调节ｐＨ值，再向其中滴加０．０２～０．１２份阳离子表面活性剂，搅拌均匀后用去离子水洗涤除去多余的表面活性剂，得到碳纳米管水分散体系。　（３）将（２）得到的碳纳米管水分散体系滴加到１０～５０份乳状天然橡胶中，搅拌，得到乳状天然橡胶－碳纳米管复合材料。　（４）将（３）到的乳状天然橡胶－碳纳米管复合材料按常规方法凝固、干燥得到天然橡胶－碳纳米管复合材料薄膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：彭政，冯春芳，罗勇悦，孔令学，吕明哲，李永振，曾宗强，
申请(专利权)人：中国热带农业科学院农产品加工研究所，
类型：发明
国别省市：44[中国|广东]