专利名称：半透明三元乙丙橡胶/蒙脱土插层纳米复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于一种使用无机填料增强的聚合物复合材料，特别是一种蒙脱土填充三元乙丙橡胶而形成的半透明插层型三元乙丙橡胶纳米复合材料及其制备方法。
背景技术：
聚合物纳米复合材料是一种无机填料以纳米尺度分散在聚合物基体中的复合材料。在该纳米尺度下，无机填料在填充量很少情况下不仅极大地改善了材料的物理机械性能，提高了材料的热变形温度和模量，而且也改善了材料的阻燃性和气体阻隔性能，正是由于纳米材料的性能优势使其得到飞速地发展。三元乙丙橡胶由于其结构和性能上的优越，使其在橡胶市场上占有很大的比重。但由于其极性很弱，早期认为高极性的层状硅酸盐在三元乙丙橡胶中实现纳米级分散是难以实现的。少量的有关三元乙丙橡胶和蒙脱土的专利发明(US6462122，US6407155，US6271297)多是采用偶联剂，如硅烷，钛酸脂和铝酸脂等，所得到的纳米材料多是不透明的。我们前期的工作中有关三元乙丙橡胶/蒙脱土插层(剥离)纳米复合材料制备方法，采用了粉状硫化剂和促进剂，其硫化交联度由于有机土对硫化剂的吸附作用，而随着蒙脱土量的增加而减少。
发明内容
本发明的目的是提供一种半透明的三元乙丙橡胶/蒙脱土纳米复合材料及其制备方法。该方法通过将钠基蒙脱土经过阳离子交换反应后，借助于过氧化物硫化剂与聚合物三元乙丙橡胶插层复合，采用了液体或熔融态的过氧化物作为硫化剂，由于避免或减少了有机蒙脱土对硫化剂的吸附作用，其硫化交联度随着有机蒙脱土加入量的增加没有明显的变化，从而形成了一种半透明插层型的三元乙丙橡胶/蒙脱土纳米复合材料。
本发明半透明三元乙丙橡胶/蒙脱土插层纳米复合材料的原料组分和用量如下(重量份)三元乙丙橡胶 100蒙脱土 0.5-20阳离子改性剂 0.1-15质子化剂 1-20分散介质 100-1100硫化剂 0.5-3.0本发明使用蒙脱土粒径为50-100μm，其阳离子交换容量为50-120meq/100g。
本发明使用三元乙丙橡胶是一种乙烯含量为70％、第三单体为乙叉降冰片烯，门尼粘度大于70(ML1+4℃)的乙烯丙烯共聚体。
本发明使用阳离子改性剂是三甲基十八烷基氯化铵，二甲基苄基十八烷基氯化铵，双甲基双十八烷基氯化铵。
本发明使用质子化剂是盐酸和硫酸。
本发明使用分散介质是水。
本发明使用硫化剂是过氧化二异丙苯(DCP)，2，5-甲基-2，5-二叔丁基过氧己烷(双2，5)，过氧化苯甲酰(BP)。
本发明半透明三元乙丙橡胶/蒙脱土插层纳米复合材料的制备方法按下述步骤进行(1)蒙脱土的阳离子的交换反应将阳离子交换容量为50-120meq/100g的蒙脱土0.5-20份，在100-1100份的分散介质存在下高速搅拌，形成稳定的悬浮体系A；将0.1-15份阳离子改性剂溶于100-1100份的分散介质中，加入1-20份质子化剂，形成溶液B。将悬浮液A加热到70-90℃，将溶液B缓慢滴加入A中，高速搅拌3-5小时后，制得蒙脱土溶胶，用去离子水冲洗、过滤、烘干、粉碎得有机蒙脱土粉末；
(2)三元乙丙橡胶与有机蒙脱土的混合将上述经过阳离子交换反应的蒙脱土与三元乙丙橡胶按1∶10-20的重量比在密炼机中熔融共混。加工温度80-90℃，转子转速34-136rpm，总混炼时间10-15min。在生胶与有机土混合结束后，将混合物冷却，在双辊开炼机中加入硫化剂，薄通十余遍后，即得产品。
本发明半透明三元乙丙橡胶/蒙脱土插层纳米复合材料使部分三元乙丙橡胶大分子进入蒙脱土片层中间，造成层状硅酸盐片层间距的增大，形成了插层型纳米复合材料，增强了橡胶基体与无机填料之间的相互作用，使复合材料的的力学性能得到了极大地提高，光学性能有了很大的改善。具体表现为较高的拉伸强度、断裂伸长率和透光率及较低的雾度。
称取该有机蒙脱土粉末2.5g与三元乙丙橡胶50g加入密炼机中。混炼温度90℃，转子转速136rom，总混炼时间10min。混炼结束后出料冷却，将所得的混合物在双辊开炼机上加入硫化剂DCP 1.0g，常温薄通十余次后，按转子硫化仪所示的最佳时间硫化试片。其性能见表1。
称取该有机蒙脱土粉末2.5g与三元乙丙橡胶50g加入密炼机中。混炼温度90℃，转子转速136rom，总混炼时间10min。混炼结束后出料冷却，将所得的混合物在双辊开炼机上加入硫化剂DCP 1.0g，常温薄通十余次后，按转子硫化仪所示的最佳时间硫化试片。其性能见表1。
称取该有机蒙脱土粉末2.5g与三元乙丙橡胶50g加入密炼机中。混炼温度90℃，转子转速136rpm，总混炼时间10min。混炼结束后出料冷却，将所得到的混合物在双辊开炼机上加入硫化剂DCP1.0g，常温薄通十余次后，按转子硫化仪所示的最佳时间硫化试片。其性能见表1。实施例5蒙脱土的有机化见实施例2。
称取该有机蒙脱土粉末A5.0g与三元乙丙橡胶50g加入密炼机中。混炼温度90℃，转子转速136rpm，总混炼时间10min。混炼结束后出料冷却，将所得到的混合物在双辊开炼机上加入硫化剂DCP 1.0g，常温薄通十余次后，按转子硫化仪所示的最佳时间硫化试片。其性能见表1。
称取该有机蒙脱土粉末B 5.0g与三元乙丙橡胶50g加入密炼机中。混炼温度90℃，转子转速136rpm，总混炼时间10min。混炼结束后出料冷却，将所得到的混合物在双辊开炼机上加入硫化剂DCP1.0g，常温薄通十余次后，按转子硫化仪所示的最佳时间硫化试片。其性能见表1。
称取该有机蒙脱土粉末C 5.0g与三元乙丙橡胶50g加入密炼机中。混炼温度90℃，转子转速136rpm，总混炼时间10min。混炼结束后出料冷却，将所得到的混合物在双辊开炼机上加入硫化剂DCP 1.0g，常温薄通十余次后，按转子硫化仪所示的最佳时间硫化试片。其性能见表1。
表1实施例 三元乙丙橡有机蒙脱土蒙脱土含量拉伸强度扯断伸长率透光率(％)雾度(％)胶含量(份) 种类 (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硫化条件175℃×18min各有机蒙脱土改性剂A三甲基十八烷基氯化铵B二甲基苄基十八烷基氯化铵C双甲基双十八烷基氯化铵
权利要求
1 半透明三元乙丙橡胶/蒙脱土插层纳米复合材料包括三元乙丙橡胶和蒙脱土，其特征在于所述的复合材料的原料组分和含量如下(重量份)三元乙丙橡胶 100蒙脱土0.5-20阳离子改性剂 0.1-15质子化剂 1-20分散介质 100-1100硫化剂0.5-3.0所述的复合材料中蒙脱土粒径为50-100μm，其阳离子交换容量为50-120meq/100g。
2 根据权利要求1所述的半透明三元乙丙橡胶/蒙脱土插层纳米复合材料，其特征在于所述的三元乙丙橡胶是一种乙烯含量为70％、第三单体为乙叉降冰片烯、门尼粘度大于70(ML1+4，100℃)的乙烯丙烯共聚体。
3 根据权利要求1所述的半透明三元乙丙橡胶/蒙脱土插层纳米复合材料，其特征在于所述的阳离子改性剂是三甲基十八烷基氯化铵，二甲基苄基十八烷基氯化铵，双甲基双十八烷基氯化铵。
4 根据权利要求1所述的半透明三元乙丙橡胶/蒙脱土插层纳米复合材料，其特征在于所述的质子化剂是盐酸和硫酸。
5 根据权利要求1所述的半透明三元乙丙橡胶/蒙脱土插层纳米复合材料，其特征在于所述的分散介质是水。
6 根据权利要求1所述的半透明三元乙丙橡胶/蒙脱土插层纳米复合材料，其特征在于所述的硫化剂是过氧化二异丙苯，2，5-二甲基-2，5-二叔丁基过氧己烷，过氧化苯甲酰。
7 半透明三元乙丙橡胶/蒙脱土插层纳米复合材料的制备方法，其特征在于按下述步骤进行(1)将阳离子交换容量为50-120meq/100g的蒙脱土0.5-20份，在100-1100份分散介质存在下高速搅拌，形成稳定的悬浮体系A；将0.1-15份阳离子改性剂溶于100-1100份的分散介质中，加入1-20份质子化剂，形成溶液B。将悬浮体系A加热到70-90℃，将溶液B缓慢滴加入A中，高速搅拌3-5小时后，制得蒙脱土溶胶，用去离子水冲洗，过滤，烘干，粉碎成有机蒙脱土粉末；(2)将上述有机蒙脱土粉末与三元乙丙橡胶按1∶10-20的重量比在密炼机中熔融共混，加工温度80-90℃，转子转速34-136rpm，总混炼时间为10-15min，混炼结束后，将混合物出料冷却，在双辊开炼机上加入硫化剂，薄通十几遍后，即得产品。
全文摘要
本发明提供一种半透明三元乙丙橡胶/蒙脱土插层纳米复合材料及其制备方法，其制备方法是将蒙脱土经过阳离子交换反应后，与三元乙丙橡胶进行熔融共混，最后加入液体或熔融的过氧化物硫化剂进行硫化。本发明中的纳米复合材料的力学性能、光学性能随着有机蒙脱土在聚合物基质中分散程度的改善而明显提高。
文档编号C08K5/17GK1425710SQ0311480
公开日2003年6月25日 申请日期2003年1月9日 优先权日2003年1月9日
发明者郑华, 张勇, 彭宗林, 张隐西 申请人:上海交通大学