[0001] 本发明属于碳化物复合材料领域， 具体涉及一种抗静电和高导热橡胶及其制备 方法。

背景技术

[0002] 目前， 二维材料已经越来越多， 由于其卓越的性能引起了广泛地研究关注， 其 中新型二维层状过渡金属碳化物 MXene， 越来越引起人们的注意。 二维层状过 渡金属碳化物 MXene具有石墨烯高比表面积、 高电导率、 高机械强度的特点， 又具备组分灵活可调， 最小纳米层厚可控等优势， 已在储能、 吸附、 传感器、 导电填充剂等领域展现出巨大的潜力。

[0003] 随着越来越多的应用领域提出抗静电要求， 特别是电子计算机用途的拓展， 静 电产生的几率也相应增加， 加上人们对静电的防范意识也在增加， 许多国家对 抗静电的措施日益规范化。 其中最终要的是开发各种抗静电器件， 于是抗静电 橡胶制品走进大家的视线， 现在已经广泛的应用在了各行各业当中， 抗静电橡 胶既起到除静电的作用， 又可防止低压线路泄露所造成的点击事故。

[0004] 二维层状过渡金属碳化物 MXene的制备已经较为成熟， 然而过渡金属碳化物 M Xene在橡胶领域的运用较少， 选用丁苯胶乳对 MXene材料进行混合的制备过程 操作简单， 对环境无污染， 且回收率高。 这种抗静电橡胶具有的高弹性和高抗 静电性能可以在各个领域发挥重大作用。

发明概述

技术问题

问题的解决方案

技术解决方案

[0005] 本发明的目的是针对现有技术的不足， 提供一种抗静电和高导热橡胶及其制备 方法。 该制备工艺简单， 同时节能环保， 有很好的应用前景。

[0006] 本发明的目的通过以下技术方案实现。 [0007] 一种抗静电橡胶的制备方法， 包括以下步骤：

[0008] （1） 称取过渡金属碳化物 MXene溶解在水中， 超声均匀；

[0009] （2） 将步骤 （1） 所得溶液与丁苯胶乳搅拌均匀， 然后加入活化剂、 防老剂、 促进剂、 硫磺， 球磨均匀；

[0010] （3） 将步骤 （2） 所得混合物真空冷冻干燥， 得到抗静电和高导热橡胶。

[0011] 优选的， 步骤 ⑴ 所述过渡金属碳化物 MXene为 Ti ₃ C ₂ , Ti ₂ C, Ti ₄ C ₃ , V ₃ C ^PV ₂ （：中的一种或几种， 进一步优选为 Ti ₃ C ₂ 。

[0012] 优选的， 所述过渡金属碳化物 MXene、 丁苯胶乳、 水的质量比为（1-3）:（40-60）: （70-90） , 进一步优选为 （1-3） _: 50: 80。

[0013] 优选的， 步骤 （1） 所述超声采用探头式超声机超声。

[0014] 优选的， 步骤 （1） 所述超声的时间为 l-2h， 进一步优选为 1.5h。

[0015] 优选的， 步骤 （1） 所述超声的功率为 80-100W， 进一步优选为 90W。

[0016] 优选的， 步骤 （2） 所述活化剂为 ZnO和 St; 所述防老剂为 MB ; 所述促进剂为

CZ和 DM

[0017] 优选的， 步骤 （2） 所述搅拌的时间为 2-4h， 搅拌速度是 100-300rpm。

[0018] 优选的， 步骤 （3） 所述冷冻干燥的温度为 -10-0°C， 进一步优选为 -5°C。

[0019] 优选的， 步骤 （3） 所述冷冻干燥的时间为 8-12h， 进一步优选为 10h。

[0020] 由以上所述的制备方法制得的一种抗静电橡胶

[0021] 本发明将过渡金属碳化物应用到橡胶领域， 将过渡金属碳化物超声过后加入丁 苯胶乳， 能很大程度上提高橡胶的电性能和热性能等优 点。 而且其制备过程环 保， 高效， 节能， 产品回收率高， 是一种功能性抗静电和高导热橡胶， 在电子 计算机等抗静电领域中具有广阔的应用前景。

发明的有益效果

有益效果

[0022] 与现有技术相比， 本发明具有如下优点：

[0023] 1、 二维层状过渡金属碳化物材料经过超声处理， 促进了 MXene在橡胶基体中 的分散， 在橡胶基体中能够形成有效的导电网络结构。

[0024] 2、 二维层状过渡金属碳化物材料选用在橡胶弹性 材料中， 作为一种高效抗静 电剂， 它极大地提高了丁苯胶的抗静电性能， 同时也可以作为一种柔性可穿戴 导电材料。

[0025] 3、 二维层状过渡金属碳化物材料选用在橡胶材料 中， 作为一种高效导热剂， 它极大的提高了丁苯胶的导热系数。

[0026] 4、 本发明采用超声后搅拌的方式将二维层状过渡 金属碳化物材料分散在丁苯 胶乳中， 对环境无污染， 且回收率高。

[0027] 5、 本发明反应温度比较低， 反应时间短是节能的一个表现， 同时本发明所有 原料少， 效率高。 对附图的简要说明

附图说明

[0028] 图 1是二维层状过渡金属碳化物材料 MXene的电镜图。

[0029] 图 2a是 SBR/MXene- 1橡胶复合材料在用液氮脆断之后的扫描电镜� �。

[0030] 图 2b是 SBR/MXene-2橡胶复合材料在用液氮脆断之后的扫� ��电镜图。

[0031] 图 2c是鼓风干燥法制备的 SBR/MXene-2橡胶复合材料的扫描电镜图

[0032] 图 2d是 SBR/MXene-3橡胶复合材料在用液氮脆断之后的扫� ��电镜图。

[0033] 图 3是不同份数 MXene的丁苯胶硫化胶的电导率曲线图。

[0034] 图 4是不同份数 MXene的丁苯胶硫化胶的导热系数曲线图。

发明实施例

本发明的实施方式

[0035] 以下结合实例及附图对本发明的具体实施作进 一步的说明， 但本发明的实施方 式不限于此。

[0036] 以下所得材料的电导率是采用两探头的台湾 HIOKI公司生产的型号为 SM7110 的高阻计对复合材料体积电阻进行测试。 采用如下公式计算体积电阻率 p。

[0037]

[0038] 其中， S是样品的横截面积， L是样品的长度。 样品的电导率为 1/p。

[0039] 采用德国耐驰公司生产的闪光发导热系数仪 (LFA447) 对以下所得橡胶复合 材料的样品进行测试。 采用如下公式计算热扩散系数 oc。

[0041] 其中 X是导热系数， 单位为 W/ (m-k) ,卩是样品的密度， 单位为 kg/m ³ , c是样品 的比热容， 单位为 J/ (kg.k) 。

[0042] 实施例 1

[0043] ( 1) 称取 lg的 Ti ₃ C ₂ 溶解在 80g去离子水中， 用探头式超声机 90W超声 1.5h， 超声结束转移至 500ml烧杯中， 加入 50g丁苯胶乳， 在室温条件下以 lOOrpm的速 度搅拌反应 2h。

[0044] (2) 将步骤 (1)制得的功能化丁苯胶进行硫化过程， 其基本配方见表 1， 各组分 用量的单位为 phr。 根据橡胶基本配方， 将活化剂 (ZnO+St)、 无机填料 (MXene)、 防老剂 (MB)、 促进剂 (CZ+DM)、 硫磺 (S)在球磨机球磨后， 加入 500ml烧杯中搅 拌 lh。

[0045] (3) 将步骤 ⑵ 中的混合液放入冷冻干燥机中在 -5°C下干燥 10h， 得到 SBR/

MXene气凝胶， 然后直接压板得 SBR/MXene- 1橡胶复合材料。

[0046] 表 1

[0047]

^[] 样翁 懇方

[0048] 图 1为 MXene的扫描电镜图， 从图中可以清晰地看出， MXene拥有薄的片层结 构， 比表面积大， 从而使得表面电荷量增加， 导电性能好。

[0049] 图 2a是 SBR/MXene-1橡胶复合材料的 SEM图， 从图中可以看出， 过渡金属碳化 物 MXene均匀的分散在橡胶基体中， 填料和橡胶之间能够形成有效的导电网络 结构。

[0050] 实施例 2

[0051] ( 1) 称取 2g的 Ti ₃ C ₂ 溶解在 80g去离子水中， 在探头式超声机 90W超声 1.5h， 超声结束转移至 500ml烧杯中， 加入 50g丁苯胶乳， 在室温条件下以 200rpm的速 度搅拌反应 3h。

[0052] (2) 将步骤 (1)制得的功能化丁苯胶进行硫化过程， 其基本配方见表 2, 各组分 用量的单位为 phr。 根据橡胶基本配方， 将活化剂 (ZnO+St)、 无机填料 (MXene)、 防老剂 (MB)、 促进剂 (CZ+DM)、 硫磺 (S)在球磨机球磨后， 加入 500ml烧杯中搅 拌 lh。

[0053] (3) 将步骤 ⑵ 中的混合液放入冷冻干燥机中在 -5°C下干燥 10h， 得到 SBR/

MXene气凝胶， 然后直接压板得 SBR/MXene-2橡胶复合材料。

[0054] 表 2

[] - - 样癌 顏方

SBR MKsae mM/MXrnm-2 30g 2g 2.S-Hg C05-HL25g ]g O.Sg

[0055] 图 2b是 SBR/MXene-2橡胶复合材料的 SEM图， 从图中可以看出， 冷冻干燥法处 理后的 SBR复合材料， 填料在橡胶基体中形成交错的网络结构， 这种结构有利于 提高复合材料的导电性。

[0056] 图 2c是鼓风干燥法 (步骤 (3) 的冷冻干燥法替换为鼓风干燥法) 制备的 SBR/ MXene-2橡胶复合材料的扫描电镜图， 从图中可以看出， 此法制得的 SBR复合材 料中填料团聚现象严重， 填料在橡胶基体中分散不均匀， 不利于构成导电网络 结构。

[0057] 实施例 3

[0058] ( 1) 称取 3g的 Ti ₃ C ₂ 溶解在 80g去离子水中， 在探头式超声机 90W超声 1.5h， 超声结束转移至 500ml烧杯中， 加入 50g丁苯胶乳， 在室温条件下以 300rpm的速 度搅拌反应 2h。 [0059] (2) 将步骤 (1)制得的功能化丁苯胶进行硫化过程， 其基本配方见表 3 , 各组分 用量的单位为 phr。 根据橡胶基本配方， 将活化剂 (ZnO+St)、 无机填料 (MXene)、 防老剂 (MB)、 促进剂 (CZ+DM)、 硫磺 (S)在球磨机球磨后， 加入 500ml烧杯中搅 拌 lh。

[0060] (3) 将步骤 ⑵ 中的混合液放入冷冻干燥机中在 -5°C下干燥 10h， 得到 SBR/ MXene气凝胶， 然后直接压板得 SBR/MXene-3橡胶复合材料。

[0061] 表 3

[]

桴 配方

[0062] 图 2d是 SBR/MXene-3橡胶复合材料的 SEN ^/ ®， 从图中可以看出， 随着过渡金属 碳化物 MXene用量的增多， 在橡胶中导电网络结构越明显。

[0063] 表 4为不同填料份数的 SBR复合材料的电性能。

[0064]

[0065]

[0066] 表 5为不同填料份数的 SBR复合材料的导热系数。

[0067] 表 5

[0068]

[0069] 从表 4中可知， 随着填料份数的增加， SBR复合材料的体积电阻降低， 电导率 增加。 从表 5中可知， 填料份数越多， 复合材料导热系数越大。

[0070] 图 3是不同份数 MXene的丁苯胶硫化胶的电导率曲线图。 从图中可以看出， 随 MXene含量的提高， 丁苯胶的电导率有不同幅度的提高， 且增长速率较快。 说 明 MXene在橡胶基体中的分散均匀， 结合电镜图说明其能够形成有效的导电网 络结构， 是一种理想的导电填料。

[0071] 图 4是不同份数 MXene的丁苯胶硫化胶的导热系数曲线图， 从图中可以看出随 着 MXene份数的增加， SBR复合材料的导热系数有明显的提高， 说明 MXene是 一种理想的导热填料。