一种功能化石墨烯及其制备方法和其在橡胶垫板中的应用技术

本发明专利技术涉及一种功能化石墨烯，所述功能化石墨烯的原料包括烷基对苯二胺类抗氧化剂与氧化石墨烯；所述烷基对苯二胺类抗氧剂为N,N'

【技术实现步骤摘要】
一种功能化石墨烯及其制备方法和其在橡胶垫板中的应用


[0001]本专利技术涉及一种功能化石墨烯及其制备方法，还涉及其在橡胶垫板中的应用，属于石墨烯改性橡胶领域。

技术介绍

[0002]铁路是我国客货运输的主要交通方式，为推动社会发展具有重大的作用。铁路系统主要由轨下基础、钢轨和扣件组成，其中实现钢轨与轨下基础可靠联结的扣件系统，既要实现联接的可靠性和稳定性，又要保证轨道的弹性和刚性。橡胶垫板用在混凝土轨枕与钢轨之间，为轨道提供弹性，是扣件系统重要的组成部分。轨下橡胶垫板安装在钢轨和混凝土轨枕之间，其主要作用是缓冲车辆通过钢轨时产生的高速振动和冲击力，担负着减缓轮轨的振动、缓和轮轨冲击、阻止钢轨爬行、增加轨道绝缘等多种功能，具有保护路基和轨枕、对信号系统进行电绝缘的性能。列车荷载的动力作用全部由钢轨、橡胶垫板直接传递到轨下基础结构上，在轨道结构各组成部件中橡胶垫板是薄弱的环节，使用条件严苛，要求橡胶垫板在保证各项性能的基础上具有良好的耐老化性能。随着列车的不断提速，目前使用的橡胶垫板存在强度小、弹性差、寿命短等缺点，难以满足铁路运输线路“同寿命、少维修
”ꢀ
的要求。因此，开发高强度、高绝缘性、超耐老化等优异性能的橡胶垫板具有显著的社会效益与经济价值。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。
[0003]基于现有技术存在的缺陷，有必要对现有的橡胶垫板进行改进。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种功能化石墨烯及其制备方法，并同时提供其在橡胶垫板中的应用。
[0005]为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：技术主题一一种功能化石墨烯，所述功能化石墨烯的原料包括烷基对苯二胺类抗氧化剂与氧化石墨烯；所述烷基对苯二胺类抗氧剂为N,N'
‑
二仲丁基对苯二胺、N,N`
‑
双（1,3
‑
二甲基丁基）对苯二胺、N,N`
‑
双（1,4
‑
二甲基戊基）对苯二胺、N,N`
‑
二异辛基对苯二胺、N,N`
‑
双（1
‑
乙基
‑3‑
甲基戊基）对苯二胺中的一种或任意两种及以上的组合。
[0006]作为本专利技术的一些优选实施方案，所述烷基对苯二胺类抗氧剂为质量比为1:1
‑
2的N,N'
‑
二仲丁基对苯二胺、N,N`
‑
双（1,3
‑
二甲基丁基）对苯二胺。
[0007]其制备步骤如下：在溶剂存在下，将质量比为3
‑
5:1的烷基对苯二胺类抗氧化剂与氧化石墨烯在 80℃
‑
95℃下进行开环反应。
[0008]作为本专利技术的优选实施方案，所述氧化石墨烯为纯度>98%，含氧量42
‑
50，片层直
径5
‑
20μm的氧化石墨烯。
[0009]作为本专利技术的优选实施方案，所述开环反应的反应时间为5h
‑
8h。
[0010]作为本专利技术的优选实施方案，所述溶剂为体积比为1:4
‑
5的水和乙醇。
[0011]技术主题二本专利技术提供了一种包含技术主题一所述的功能化石墨烯的功能化石墨烯
‑
橡胶母胶，按质量百分数计，功能化石墨烯
‑
橡胶母胶中包含20%
‑
40%功能化石墨烯，其余为橡胶胶乳。
[0012]功能化石墨烯
‑
橡胶母胶的制备方法，包括如下步骤：A、将3
‑
4g功能化石墨烯分散于50
‑
80ml无水乙醇与150
‑
200ml的水中，超声30
‑
60min，得到功能化石墨烯分散液；B、将功能化石墨烯分散液加入17
‑
35g的橡胶胶乳中，搅拌2
‑
3h，得到混合胶乳，混合胶乳再倒入氯化钙乙醇混合溶液中破乳，用蒸馏水洗涤，烘干后制得功能化石墨烯
‑
橡胶母胶；所述氯化钙乙醇混合溶液与混合乳胶的质量比为3
‑
5：1；所述氯化钙乙醇混合溶液由质量比为1：1
‑
2的氯化钙水溶液和乙醇组成；所述氯化钙水溶液的质量分数为30~35wt%。
[0013]技术主题三本专利技术还提供了由技术主题二中所述的功能化石墨烯
‑
橡胶母胶制备的橡胶垫板。
[0014]一种橡胶垫板，按质量份数计，原料包括：天然橡胶60
‑
70份，顺丁橡胶30
‑
40份，功能化石墨烯
‑
橡胶母胶10
‑
30份，硫化剂0.5
‑
2份，促进剂3
‑
5份，活性剂5
‑
10份，防老剂4
‑
6份，填料60
‑
80份。
[0015]作为本专利技术的优选实施方案，上述功能化石墨烯
‑
橡胶母胶优选为功能化石墨烯
‑
天然橡胶母胶。
[0016]作为本专利技术的优选实施方案，所述硫化剂为硫磺。
[0017]作为本专利技术的优选实施方案，所述促进剂为一硫化四甲基秋兰姆、四（六）硫化双五亚甲基秋兰姆、二硫化四甲基秋兰姆、N
‑
环己基
‑2‑
苯骈噻唑次磺酰胺、二硫化二苯骈噻唑、二甲基二硫代氨基甲酸锌、二丁基二硫代氨基甲酸锌、4
‑
4`
‑
二硫化二吗啉中的一种或几种。
[0018]作为本专利技术的优选实施方案，所述活性剂为质量比4.5
‑
5：1.5
‑
2.4的氧化锌与硬脂酸；进一步地，活性剂优选为质量比5:2的氧化锌与硬脂酸；作为本专利技术的优选实施方案，所述防老剂为2,2,4
‑
三甲基
‑
1,2
‑
二氢化喹啉聚合物、2
‑
硫醇基苯并咪唑、N,N`
‑
二苯基对苯二胺、N
‑
异丙基
‑
N`
‑
苯基对苯二胺中的一种或几种。
[0019]作为本专利技术的优选实施方案，所述填料为质量比40
‑
66：10
‑
35的炭黑和陶土；进一步地，填料优选为质量比66:10的炭黑和陶土。
[0020]技术主题四一种如技术主题三所述的橡胶垫板的制备方法，包括以下步骤：a、塑炼
在开炼机上对天然橡胶与顺丁橡胶生胶进行塑炼，得到塑炼胶，塑炼时间10
‑
20min；b、混炼将塑炼胶放入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功能化石墨烯，其特征在于，所述功能化石墨烯的原料包括烷基对苯二胺类抗氧化剂与氧化石墨烯；所述烷基对苯二胺类抗氧剂为质量比为1:1
‑
2的N,N'
‑
二仲丁基对苯二胺、N,N`
‑
双（1,3
‑
二甲基丁基）对苯二胺。2.根据权利要求1所述的功能化石墨烯，其特征在于，所述烷基对苯二胺类抗氧剂为质量比为1: 2的N,N'
‑
二仲丁基对苯二胺、N,N`
‑
双（1,3
‑
二甲基丁基）对苯二胺。3.根据权利要求1或2所述的功能化石墨烯，其特征在于，通过如下方法制备：在溶剂存在下，将质量比为3
‑
5:1的烷基对苯二胺类抗氧化剂与氧化石墨烯在 80℃
‑
95℃下进行开环反应。4.一种包含有如权利要求1或2所述的功能化石墨烯
‑
橡胶母胶，其特征在于，按质量百分数计，包含20%
‑
40%的所述功能化石墨烯，其余为橡胶胶乳。5.一种如权利要求4所述的功能化石墨烯
‑
橡胶母胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：A、将3
‑
4g功能化石墨烯分散于50
‑
80ml无水乙醇与150
‑
200ml的水中，超声30
‑
60min，得到功能化石墨烯分散液；B、将功能化石墨烯分散液加入17
‑
35g的橡胶胶乳中，搅拌2
‑
3h，得到混合胶乳，混合胶乳再倒入氯化钙乙醇混合溶液中破乳，用蒸馏水洗涤，烘干后制得功能化石墨烯
‑
橡胶母胶；所述氯化钙乙醇混合溶液与混合乳胶的质量比为3
‑
5：1；所述氯化钙乙醇混合溶液由质量比为1：1
‑
2的氯化钙水溶液和乙醇组成；所述氯化钙水溶液的质量分数为30~35wt%。6.一种橡胶垫板，其特征在于：包括权利要求4中所述的功能化石墨烯。7.如权利要求6所述的一种橡胶垫板，其特征在于，按质量份数计，原料包括：天然橡胶60
‑
70份，顺丁橡胶30
‑
40份，功能化石墨烯
‑
天然橡胶母胶10

【专利技术属性】
技术研发人员：仇鹏，闫思梦，崔永生，刘雪宁，杨凯，魏少恒，胡学欢，邱成，姜若琳，
申请(专利权)人：河北铁科翼辰新材科技有限公司，
类型：发明
国别省市：