石墨烯包覆炭黑材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种石墨烯包覆炭黑材料及其制备方法，该石墨烯包覆炭黑材料的制备方法包括：将氧化石墨烯和炭黑置于水中分散均匀，得分散液；以及向所述分散液中加入还原剂进行还原反应，得到石墨烯包覆炭黑材料。本发明专利技术的石墨烯包覆炭黑材料在增强橡胶材料的时候能够很好的分散在橡胶混合物中，避免了石墨烯易在橡胶中团聚的问题。该方法工艺简单、原料成本低廉、环境友好，且产品结构设计简单合理，分散效果明显，具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
石墨烯包覆炭黑材料及其制备方法
本专利技术涉及复合材料
，尤其涉及一种石墨烯包覆炭黑材料及其制备方法。
技术介绍
由于石墨烯具有非常优异的力学性能、电性能和热力学性能，所以很多研究人员试图把石墨烯卓越的机械性质引入到橡胶中，来增强橡胶的力学性能、电性能和热力学性能。然而，由于粉体石墨烯材料的片径很小，很难在橡胶中进行很好的分散，团聚现象非常严重，很多只能在实验室条件内达到比较好的分散效果，得到好的实验数据。但工业生产中，石墨烯在橡胶中的分散问题一直很难得到很好的解决。需注意的是，前述
技术介绍
部分公开的信息仅用于加强对本专利技术的背景理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
本专利技术的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种石墨烯包覆炭黑材料及其制备方法，以解决石墨烯难以在橡胶中较好分散，导致现有石墨烯改性橡胶性能较差的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种石墨烯包覆炭黑材料的制备方法，包括：将氧化石墨烯和炭黑置于水中分散均匀，得分散液；以及向所述分散液中加入还原剂进行还原反应，得到石墨烯包覆炭黑材料。在一些实施例中，所述氧化石墨烯与所述炭黑的质量比为1：(5～20)。在一些实施例中，分别将所述氧化石墨烯和所述炭黑分散于水中，得氧化石墨烯分散液和炭黑分散液；以及将所述氧化石墨烯分散液与所述炭黑分散液混合均匀，得所述分散液。在一些实施例中，所述氧化石墨烯分散液的质量浓度为0.5mg/ml～10mg/ml。在一些实施例中，所述还原剂选自葡萄糖、维生素C和水合肼中的一种或多种。在一些实施例中，当所述还原剂为葡萄糖时，所述还原剂的质量浓度为0.1mg/ml～5mg/ml。在一些实施例中，当所述还原剂为维生素C时，所述还原剂的质量浓度为0.001mg/ml～0.05mg/ml。在一些实施例中，所述炭黑选自补强炭黑、导电炭黑和耐磨炭黑中的一种或多种。在一些实施例中，所述还原反应的温度为25℃～80℃。另一方面，本专利技术还提供一种石墨烯包覆炭黑材料，其采用上述的方法制备得到。由上述技术方案可知，本专利技术的有益效果在于：本专利技术利用氧化石墨烯被还原的过程中，所得石墨烯可同时沉积并包覆在炭黑表面，得到石墨烯包覆炭黑材料，该材料在后续增强橡胶材料的时候能够很好的分散在橡胶混合物中，避免了石墨烯易在橡胶中团聚的问题。该方法工艺简单、原料成本低廉、环境友好，且产品结构设计简单合理，分散效果明显，具有良好的应用前景。附图说明以下附图用于提供对本专利技术的进一步理解，并构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。图1是本专利技术一个实施方式的石墨烯包覆炭黑材料的结构示意图。其中，附图标记如下：1：炭黑2：石墨烯具体实施方式以下内容提供了不同的实施例或范例，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。当然，这些仅仅是范例，而非意图限制本专利技术。在本专利技术中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应当被视为在本文中具体公开。本专利技术提供一种石墨烯包覆炭黑材料的制备方法，包括：将氧化石墨烯和炭黑置于水中分散均匀，得分散液；以及向分散液中加入还原剂进行还原反应，得到石墨烯包覆炭黑材料。根据本专利技术，石墨烯作为一种具有诸多优异性能的材料，将其应用到橡胶中有提升橡胶力学性能、电性能和热力学性能等的前景。然而，现有方法很难使石墨烯在橡胶中实现比较好的分散效果。本专利技术的专利技术人发现，通过利用氧化石墨烯被还原的过程可将石墨烯同时沉积并包覆在炭黑表面，能够在后续增强橡胶材料的时候很好的分散在橡胶混合物中，以解决石墨烯在橡胶中的团聚问题。进一步地，前述获得分散液的过程可以包括：分别将氧化石墨烯和炭黑分散于水中，得氧化石墨烯分散液和炭黑分散液；将氧化石墨烯分散液与炭黑分散液混合均匀，得分散液。通过首先分别制备氧化石墨烯分散液和炭黑分散液再混合的方式，可以更好的控制氧化石墨烯的浓度，使二者分散更均匀。在一些实施例中，氧化石墨烯分散液的质量浓度为0.5mg/ml～10mg/ml，例如0.5mg/ml、1mg/ml、1.5mg/ml、2mg/ml、2.5mg/ml、3mg/ml、4mg/ml、5mg/ml、6mg/ml、6.5mg/ml、7mg/ml、8mg/ml、9mg/ml等。在一些实施例中，前述的氧化石墨烯与炭黑的质量比为1:(5～20)，例如1:5、1:7、1:8、1:10、1:12、1:15、1:17、1:19等。氧化石墨烯含量过高会导致大量的氧化石墨烯没有包覆在炭黑表面，而是单独团聚在一起，在加入橡胶中时依然会存在团聚问题，不能很好的分散。氧化石墨烯含量过低会导致其加入橡胶中时石墨烯的整体含量过低，起不到增强的作用。在一些实施例中，还包括在还原反应进行前，向分散液中加入一定量的分散剂，例如吐温80等。但是羧甲基丙烯酸类的分散剂不适用，因为加入此类分散剂后溶液粘度较大，不利于被还原的氧化石墨烯向炭黑表面聚集。进一步地，得到分散液后向其中加入还原剂进行还原反应。其中还原剂可以是葡萄糖、维生素C和水合肼中的一种或多种，优选选用葡萄糖、维生素C等无毒、无害对环境无污染的还原剂。根据所选用的还原剂不同，其质量浓度也有所不同。例如采用葡萄糖为还原剂时，其在分散液中的质量浓度为0.1mg/ml～5mg/ml，例如0.1mg/ml、1mg/ml、2mg/ml、3mg/ml、5mg/ml等。采用维生素C为还原剂时，其在分散液中的质量浓度为0.001mg/ml～0.05mg/ml，例如0.001mg/ml、0.01mg/ml、0.015mg/ml、0.02mg/ml、0.03mg/ml、0.034mg/ml、0.04mg/ml、0.05mg/ml等。在一些实施例中，还原反应可以在室温下进行，也可以在密封状态下进行，将分散液放置于30℃～80℃的环境中加热，以加速反应进行，并有利于材料在分散液中的均匀分布，避免石墨烯团聚。根据本专利技术，氧化石墨烯在被还原为石墨烯的过程中，由于自身的官能团被还原掉，亲水性会逐渐降低，倾向于聚集在炭黑颗粒上，随着时间的推移，逐渐包裹在炭黑表面，将反应后得到的溶液经过滤并烘干后，即可得到表面包覆了石墨烯的炭黑，也即石墨烯包覆炭黑材料。在一些实施例中，前述炭黑主要为用于增强橡胶的补强炭黑、导电炭黑、耐磨炭黑等或其组合。在一些实施例中，前述经烘干后得到的石墨烯包覆炭黑材料还可置于氩气等保护气氛下进行退火，除去未被清洗掉的还原剂和分散剂等杂质，降低其在后续橡胶材料中使用时杂质的影响。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯包覆炭黑材料的制备方法，其特征在于，包括：/n将氧化石墨烯和炭黑置于水中分散均匀，得分散液；以及/n向所述分散液中加入还原剂进行还原反应，得到石墨烯包覆炭黑材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯包覆炭黑材料的制备方法，其特征在于，包括：
将氧化石墨烯和炭黑置于水中分散均匀，得分散液；以及
向所述分散液中加入还原剂进行还原反应，得到石墨烯包覆炭黑材料。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯与所述炭黑的质量比为1：(5～20)。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，分别将所述氧化石墨烯和所述炭黑分散于水中，得氧化石墨烯分散液和炭黑分散液；以及
将所述氧化石墨烯分散液与所述炭黑分散液混合均匀，得所述分散液。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯分散液的质量浓度为0.5mg/ml～10mg/ml。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张锦，刘海舟，曹建苹，李华民，范晓旭，陈韵吉，
申请(专利权)人：北京石墨烯研究院，北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11