高分散性石墨烯基橡胶复合材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高分散性石墨烯基橡胶复合材料的制备方法，首先将氧化石墨烯分散于水溶性高分子水溶液中制备氧化石墨烯分散液，然后采用γ射线将氧化石墨烯还原为石墨烯得到石墨烯分散液，将石墨烯分散液加入到橡胶胶乳中，混合均匀后滴加的CaCl2作为絮凝剂破乳，烘干后制备得到石墨烯‑橡胶母胶。最后将橡胶、石墨烯‑橡胶母胶、炭黑、橡胶助剂通过机械混合法制备得到高分散性石墨烯基橡胶复合材料。本发明专利技术制备方法简单，步骤易于操作，先将石墨烯分散于水溶性高分子水溶液中，再加入到橡胶胶乳中，制备石墨烯‑橡胶母胶，避免了石墨烯聚集成团，保证了石墨烯在胶料中的均匀分散，胶料的综合性能显著提高。

Preparation of highly dispersed graphene-based rubber composites

【技术实现步骤摘要】
高分散性石墨烯基橡胶复合材料的制备方法
本专利技术涉及一种高分散性石墨烯基橡胶复合材料的制备方法，属于橡胶复合材料制备

技术介绍
橡胶因其独特的高弹性，是一种重要的战略性物资，广泛应用于航空航天、建筑业、汽车工业等国民军工各个领域。橡胶作为一种弹性体材料，在实际使用过程中会产生变形，受热后会产生应力松弛、老化、热裂解等现象。因此，提高橡胶的综合性能，具有非常重要的实际意义。随着纳米颗粒增强复合材料在高端制造领域的应用越来越深入，对其性能的研究引起了广大研究者的兴趣。复合材料的力学性能研究成为研究者们关注的焦点。石墨烯是由单层碳原子通过sp2杂化紧密堆积成的一种蜂窝状二维材料，其具有超高的力学性能(杨氏模量～1.1TPa，断裂强度125GPa)、高导热性能(～5300W/(m·k))、高比表面积(～2630m2/g)、低密度(2.2g/cm3)、高电子迁移率、高阻隔性能等优异性能，有着21世纪新材料之王的称号。石墨烯表现出来的独特物理和电子特性，使其在纳米器件、复合材料、传感器、锂电池、储氢材料等领域有着巨大的应用前景。与其他填料如CB、SiO2、黏土等相比，石墨烯作为橡胶纳米填料，具有更高的比表面积、强度、弹性、热导率和电导率等。近年来，将石墨烯引入橡胶中提高橡胶的综合性能是研究的热点。石墨烯不仅能够提高橡胶的机械性能，同时可赋予其特殊的功能性。提高石墨烯在橡胶中的分散性是发挥石墨烯性能，提升橡胶综合性能的关键。然而，提高石墨烯的分散性一直是科研
和工业领域的难点。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种高分散性石墨烯基橡胶复合材料的制备方法。按照本专利技术提供的技术方案，所述高分散性石墨烯基橡胶复合材料的制备方法包括以下步骤：a)将氧化石墨烯分散于去离子水中，在20～100kHz频率、100～800W功率下超声1～3h得到第一分散液，在第一分散液中氧化石墨烯的浓度为0.01～1g/L；b)将水溶性高分子溶于去离子水中配置成重量百分含量为1％～20％的水溶性高分子溶液，将水溶性高分子溶液加入步骤a所得的第一分散液中，在20～100kHz频率、100～800W功率下超声分散10～60min，得到第二分散液，在第二分散液中氧化石墨烯与水溶性高分子的质量比为1:10～100；c)在步骤b所得的第二分散液中加入异丙醇，第二分散液与异丙醇的体积比为100:1～5，并采用γ射线将氧化石墨烯还原为石墨烯，得到石墨烯分散液；d)将石墨烯分散液加入到橡胶胶乳中，机械搅拌至混合均匀后滴加重量百分含量为10％～20％的CaCl2作为絮凝剂破乳，凝聚后烘干制备得到石墨烯-橡胶胶乳母胶，烘干温度为80～110℃，烘干时间为1～24h，在石墨烯-橡胶胶乳母胶中，石墨烯与橡胶胶乳的质量比为1:10～100；e)将橡胶材料80～100份、石墨烯-橡胶胶乳母胶10～30份、炭黑30～60份、氧化锌5～10份、硬脂酸0.5～4份、防老剂1～5份加入到密炼机中，排胶温度为150～165℃，得到母胶；f)将密炼后的母胶在双辊开炼机上混炼，混炼后加入硫磺1～6份、促进剂NS共0.5～2份与防焦剂CTP共0.1～0.4份，经常规的机械混合法获得高分散性石墨烯基橡胶复合材料。所述水溶性高分子是纤维素、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚丙烯酰胺-b-聚苯乙烯中的一种或多种。所述防老剂为防老剂4020、防老剂RD中的一种或者两种。所述橡胶胶乳为天然胶乳、聚丁二烯胶乳、丁苯胶乳、异戊胶乳中的一种或多种。所述橡胶材料为天然橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶、乙丙橡胶、氯丁橡胶中的一种或多种。本专利技术制备方法简单，步骤易于操作，先将氧化石墨烯分散于水溶性高分子水溶液中，再将氧化石墨烯还原成石墨烯后加入到橡胶胶乳中，制备石墨烯-橡胶母胶，避免了石墨烯聚集成团，保证了石墨烯在胶料中的均匀分散，显著改善了石墨烯在胶料中的均匀分散，提高了胶料的综合性能。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1一种高分散性石墨烯基橡胶复合材料的制备方法包括石墨烯分散液的制备步骤、石墨烯-天然胶乳母胶的制备步骤和高分散性石墨烯基橡胶复合材料的制备步骤，其具体为：1、石墨烯分散液的制备：a)将氧化石墨烯分散于去离子水中，100W功率、20kHz频率下超声1h得到分散均匀的氧化石墨烯分散液，所述氧化石墨烯分散液的浓度为0.01g/L；b)将纤维素溶于去离子水中，配置成重量百分含量为1％的纤维素水溶液；待完全溶解后将纤维素溶液加入步骤(a)所得氧化石墨烯分散液中，300W功率、80kHz频率下超声分散1h，得到氧化石墨烯分散液，氧化石墨烯与纤维素的质量比为1:50；c)在步骤(b)所得氧化石墨烯分散液中加入异丙醇，氧化石墨烯分散液与异丙醇的体积比为100:1，并采用γ射线将氧化石墨烯还原为石墨烯，得到石墨烯分散液，其中，石墨烯与纤维素的质量比为1:20；2、石墨烯-天然胶乳母胶的制备：d)将石墨烯分散液加入到天然胶乳中，机械搅拌至混合均匀后滴加重量百分含量为20％的CaCl2作为絮凝剂破乳，凝聚后烘干制备得到石墨烯-天然胶乳母胶，烘干温度为80℃，烘干时间为24h，其中，石墨烯-天然胶乳母胶中，石墨烯与天然胶乳的质量比为1:10。3、高分散性石墨烯基橡胶复合材料的制备：e)将所需量的天然橡胶100重量份、石墨烯-天然胶乳母胶10重量份、炭黑50重量份、氧化锌7重量份、硬脂酸4重量份、防老剂RD为1重量份加入到密炼机中，排胶温度为150-165℃，得到母胶；f)将密炼后的母胶在双辊开炼机上混炼，混炼后加入硫磺6重量份、促进剂NS为1重量份、防焦剂CTP为0.2重量份，薄通，打卷，打三角包，混合均匀后下辊，获得高分散性石墨烯基橡胶复合材料。实施例2一种高分散性石墨烯基橡胶复合材料的制备方法包括石墨烯分散液的制备步骤、石墨烯-聚丁二烯胶乳母胶的制备步骤和高分散性石墨烯基橡胶复合材料的制备步骤，其具体为：1、石墨烯分散液的制备：a)将氧化石墨烯分散于去离子水中，500W功率、100kHz频率下超声2h得到分散均匀的氧化石墨烯分散液，所述氧化石墨烯分散液的浓度为1g/L；b)将聚丙烯酰胺-b-聚苯乙烯溶于去离子水中，配置成重量百分含量为10％的聚丙烯酰胺-b-聚苯乙烯水溶液；待完全溶解后将聚丙烯酰胺-b-聚苯乙烯溶液加入步骤(a)所得氧化石墨烯分散液中，800W功率、20kHz频率下超声分散0.5h，得到氧化石墨烯分散液，氧化石墨烯与聚丙烯酰胺-b-聚苯乙烯的质量比为1:10；c)在步骤(b)所得氧化石墨烯分散液中加入异丙醇，氧化石墨烯分散液与异丙醇的体积比为100:5，并采用γ射线将氧化石墨烯还原为石墨烯，得到石墨烯分散液；2、石墨烯-聚丁二烯胶乳母胶的制备：d)将石墨烯分散液加入到聚丁二烯胶乳中，机械搅拌至混合均匀后滴加重量百分含量为10％的CaCl2作为絮凝剂破乳，凝聚后烘干制备得到石墨烯-聚丁二烯胶乳母胶，烘干温度为110℃，烘干时间为1h，其中，石墨烯-聚丁二烯胶乳中，石墨烯与聚丁二烯胶乳的质量比为1:100。3、高分散性石墨烯基橡胶复合材料的制备：e)将所需量的顺丁橡胶40重量份、丁苯橡胶40重量份、石墨烯-聚丁二烯胶乳母本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高分散性石墨烯基橡胶复合材料的制备方法，其特征是该制备方法包括以下步骤：a) 将氧化石墨烯分散于去离子水中，在20~100 kHz频率、100~800W功率下超声1~3h得到第一分散液，在第一分散液中氧化石墨烯的浓度为0.01~1g/L；b) 将水溶性高分子溶于去离子水中配置成重量百分含量为1%~20%的水溶性高分子溶液，将水溶性高分子溶液加入步骤a所得的第一分散液中，在20~100 kHz频率、100~800W功率下超声分散10~60min，得到第二分散液，在第二分散液中氧化石墨烯与水溶性高分子的质量比为1:10~100；c) 在步骤b所得的第二分散液中加入异丙醇，第二分散液与异丙醇的体积比为100:1~5，并采用γ射线将氧化石墨烯还原为石墨烯，得到石墨烯分散液；d)将石墨烯分散液加入到橡胶胶乳中，机械搅拌至混合均匀后滴加重量百分含量为10%~20%的CaCl2作为絮凝剂破乳，凝聚后烘干制备得到石墨烯‑橡胶胶乳母胶，烘干温度为80~110℃，烘干时间为1~24h，在石墨烯‑橡胶胶乳母胶中，石墨烯与橡胶胶乳的质量比为1:10~100；e) 将橡胶材料80~100重量份、石墨烯‑橡胶胶乳母胶10~30重量份、炭黑30~60重量份、氧化锌5~10重量份、硬脂酸0.5~4重量份、防老剂1~5重量份加入到密炼机中，排胶温度为150~165℃，得到母胶；f) 将密炼后的母胶在双辊开炼机上混炼，混炼后加入硫磺1~6重量份、促进剂NS为0.5~2重量份与防焦剂CTP为0.1~0.4重量份，经常规的机械混合法获得高分散性石墨烯基橡胶复合材料。...

【技术特征摘要】
1.一种高分散性石墨烯基橡胶复合材料的制备方法，其特征是该制备方法包括以下步骤：a)将氧化石墨烯分散于去离子水中，在20~100kHz频率、100~800W功率下超声1~3h得到第一分散液，在第一分散液中氧化石墨烯的浓度为0.01~1g/L；b)将水溶性高分子溶于去离子水中配置成重量百分含量为1%~20%的水溶性高分子溶液，将水溶性高分子溶液加入步骤a所得的第一分散液中，在20~100kHz频率、100~800W功率下超声分散10~60min，得到第二分散液，在第二分散液中氧化石墨烯与水溶性高分子的质量比为1:10~100；c)在步骤b所得的第二分散液中加入异丙醇，第二分散液与异丙醇的体积比为100:1~5，并采用γ射线将氧化石墨烯还原为石墨烯，得到石墨烯分散液；d)将石墨烯分散液加入到橡胶胶乳中，机械搅拌至混合均匀后滴加重量百分含量为10%~20%的CaCl2作为絮凝剂破乳，凝聚后烘干制备得到石墨烯-橡胶胶乳母胶，烘干温度为80~110℃，烘干时间为1~24h，在石墨烯-橡胶胶乳母胶中，石墨烯与橡胶胶乳的质量比为1:10~100；e)将橡胶材料80~100重量份...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱凉伟，
申请(专利权)人：江苏通用科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32