氧化石墨烯-白炭黑复合材料、其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种氧化石墨烯

【技术实现步骤摘要】
氧化石墨烯
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白炭黑复合材料、其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及复合材料及橡胶改性
，尤其涉及一种氧化石墨烯
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白炭黑复合材料、其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]炭黑和白炭作为橡胶工业中占比最大的补强性填料，能够显著地提高橡胶制品的机械性能、耐久性、抗滑性和耐磨性等。填充物大量添加容易引起在橡胶中的不良分散而引起负面效应，如拉伸强度，伸长率等性能下降，胶体粘度上升等。寻求能够替代传统填料的新型高效增强填料，能够优化橡胶耐磨性、抗撕裂性、抗拉伸性和滚动阻力等性能，不会显著劣化其他性能成为重要课题。
[0003]白炭黑、炭黑等材料进行表面改性实现良好的相容性或与其材料进行复合来改善橡胶性能。其中石墨烯作为一种新型纳米材料，具备优异的力学性能、耐磨性，可以改性或替代部分炭黑和白炭黑，在橡胶领域已经展开，石墨烯如何在橡胶中更好的分散并能参与有益反应，改善橡胶使其具有更高的耐磨性、抗撕裂性、抗拉伸性和低滚阻等性能成为研究重点。石墨烯的种类、形状、表面粗糙度、表面基团、碳氧比等，其与炭黑或白炭黑的结合方式等对复合橡胶材料的性能都有很大的关系，其次由于橡胶是不良导热体，制品的硫化进程由于其各部位温度的差异而不同。石墨烯具有良好导热均热作用，可以改善硫化过程。
[0004]一些现有技术已经开始尝试采用石墨烯和白炭黑的复合材料进行橡胶改性的技术方案，但是本专利技术的专利技术人发现，这些现有技术一般采用热复合或共混复合的方式来结合石墨烯与白炭黑，这种方法制得的复合材料应用在橡胶改性中时往往无法取得令人满意的改性效果。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种氧化石墨烯
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白炭黑复合材料、其制备方法与应用。
[0006]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种多硫醇键合的氧化石墨烯
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白炭黑复合材料，其包括氧化石墨烯和白炭黑；
[0008]所述氧化石墨烯和白炭黑之间通过键合基团相连接；
[0009]所述键合基团包括偶联于氧化石墨烯和白炭黑表面的硅烷偶联剂以及与所述硅烷偶联剂键合的多硫醇化合物；
[0010]所述硅烷偶联剂具有环氧端基，所述多硫醇化合物与环氧端基通过巯基
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环氧开环反应相连。
[0011]第二方面，本专利技术还提供一种多硫醇键合的氧化石墨烯
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白炭黑复合材料的制备方法，其包括：
[0012]配制第一复合体系，所述第一复合体系中含有氧化石墨烯、白炭黑以及硅烷偶联
剂，所述硅烷偶联剂具有环氧端基；
[0013]使所述硅烷偶联剂对氧化石墨烯和白炭黑进行偶联反应，获得环氧改性组合物；
[0014]配制第二复合体系，所述第二复合体系含有所述环氧改性组合物以及多硫醇化合物；
[0015]使第二复合体系中的多硫醇化合物中的巯基与所述环氧端基进行开环反应，获得多硫醇键合的氧化石墨烯
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白炭黑复合材料。
[0016]第三方面，本专利技术还提供一种复合橡胶，其包括橡胶本体以及与所述橡胶本体混练复合的复合物；所述复合物包括上述氧化石墨烯
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白炭黑复合材料。
[0017]基于上述技术方案，与现有技术相比，本专利技术的有益效果至少包括：
[0018]本专利技术所提供的氧化石墨烯
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白炭黑复合材料及其制备方法通过白炭黑表面羟基与硅烷偶联剂耦合得到含活性基团白炭黑，然后使多硫醇化合物与改性白炭黑和氧化石墨烯的活性基团进行开环反应制得多硫醇键合的氧化石墨烯
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白炭黑复合材料；氧化石墨烯键合改性的白炭黑具有良好的界面性能，而且含有一定的残留活性基团可以参与橡胶的改性反应，化学键结合可以有效抑制石墨烯与白炭黑在橡胶中自身聚集，可以使改性后的橡胶有更高的耐磨性、抗撕裂性和抗拉伸性，并具有更低的滚动阻力。
[0019]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够使本领域技术人员能够更清楚地了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例说明如后。
具体实施方式
[0020]鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
[0021]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本专利技术的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
[0022]而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件或方法步骤区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件或方法步骤之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
[0023]橡胶一般都采用硫磺进行硫化交联，在石墨烯改性白炭黑引入多元硫醇，既可以实现石墨烯和白炭黑的键合，残留的部分活性基团在与橡胶复合时可以参与反应，进一步改善其性能，基于上述思路，本专利技术提供一种多硫醇键合氧化石墨烯
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白炭黑复合材料制备及其在橡胶轮胎的应用方法。
[0024]本专利技术实施例的第一个方面提供的一种多硫醇键合的氧化石墨烯
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白炭黑复合材料，其包括氧化石墨烯和白炭黑；所述氧化石墨烯和白炭黑之间通过键合基团相连接；所述键合基团包括偶联于氧化石墨烯和白炭黑表面的硅烷偶联剂以及与所述硅烷偶联剂键合的多硫醇化合物；所述硅烷偶联剂具有环氧端基，所述多硫醇化合物与环氧端基通过巯基
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环氧开环反应相连。
[0025]在一些实施方案中，部分所述环氧端基和/或所述多硫醇化合物中的部分巯基未参与所述巯基
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环氧开环反应。
[0026]本专利技术所示例提供的技术方案中，部分活性基团是不参与键合的反应的，这些残留活性基团能够在后续的橡胶改性中和橡胶或硫磺相互作用，形成交联结构，进而给改性后的橡胶带来优异的力学和滚动性能，更具体的，残留的未反应的部分活性基团主要是以巯基为主。
[0027]在一些实施方案中，所述氧化石墨烯的厚度为0.35
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1.5nm，粒径为10
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1000nm。
[0028]在一些实施方案中，所述氧化石墨烯的碳氧质量比为2∶1
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20∶1。
[0029]在一些实施方案中，所述白炭黑包括沉淀二氧化硅、气相二氧化硅中的任意一种或两种的组合。
[0030]在一些实施方案中，所述白炭黑的粒径为0.05
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10um。
[0031]对应于上述复合材料，本专利技术实施例的第二个方面提供的一种多硫醇键合的氧化石墨烯
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白炭黑复合材料的制备方法，其包括如下的步骤：
[0032]配制第一复合体系，所述第一复合体系中含有氧化石墨烯、白炭黑以及硅烷偶联剂，所述硅烷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多硫醇键合的氧化石墨烯
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白炭黑复合材料，其特征在于，包括氧化石墨烯和白炭黑；所述氧化石墨烯和白炭黑之间通过键合基团相连接；所述键合基团包括偶联于氧化石墨烯和白炭黑表面的硅烷偶联剂以及与所述硅烷偶联剂键合的多硫醇化合物；所述硅烷偶联剂具有环氧端基，所述多硫醇化合物与环氧端基通过巯基
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环氧开环反应相连。2.根据权利要求1所述的氧化石墨烯
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白炭黑复合材料，其特征在于，部分所述环氧端基和/或所述多硫醇化合物中的部分巯基未参与所述巯基
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环氧开环反应。3.根据权利要求1所述的氧化石墨烯
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白炭黑复合材料，其特征在于，所述氧化石墨烯的厚度为0.35
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1.5nm，粒径为10
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1000nm；优选的，所述氧化石墨烯的碳氧质量比为2∶1
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20∶1。4.根据权利要求1所述的氧化石墨烯
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白炭黑复合材料，其特征在于，所述白炭黑包括沉淀二氧化硅、气相二氧化硅中的任意一种或两种的组合；优选的，所述白炭黑的粒径为0.05
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10um。5.一种多硫醇键合的氧化石墨烯
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白炭黑复合材料的制备方法，其特征在于，包括：配制第一复合体系，所述第一复合体系中含有氧化石墨烯、白炭黑以及硅烷偶联剂，所述硅烷偶联剂具有环氧端基；使所述硅烷偶联剂对氧化石墨烯和白炭黑进行偶联反应，获得环氧改性组合物；配制第二复合体系，所述第二复合体系含有所述环氧改性组合物以及多硫醇化合物；使第二复合体系中的多硫醇化合物中的巯基与所述环氧端基进行开环反应，获得多硫醇键合的氧化石墨烯
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白炭黑复合材料。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述第一复合体系中白炭黑与氧化石墨烯的质量比为1∶1
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100∶1，所述硅烷偶联剂的质量与白炭黑和氧化石墨烯的总质量之比为1∶200
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1∶10；和/或，所述第一复合体系还包括第一分散剂和水，所述第一分散剂与水的质量比为1∶1
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【专利技术属性】
技术研发人员：周建，刘钟浩，刘兆平，
申请(专利权)人：宁波石墨烯创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：