[发明专利]一种离子液体改性的氧化石墨烯/天然橡胶硫化胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种离子液体改性的氧化石墨烯/天然橡胶硫化胶及其制备方法，属于橡胶类聚合物复合材料制备技术领域。

背景技术

氧化石墨烯表面含有羟基、羧基和环氧基等含氧官能团，与石墨烯相比，仅仅是sp²杂化结构遭到破坏，因此其仍然具有与石墨烯类似的力学性能和导热性能（石墨烯的杨氏模量和极限强度分别高达1TPa和130GPa，电导率高达10⁶S/m，热导率高达5000W/mK）。其制备工艺简单，将鳞片石墨通过强氧化剂氧化，在石墨片层表面引入极性基团，撑开石墨片层而得到，制备方便，价格低廉，原料易得，有望成为聚合物纳米复合材料的优质填料。同时，由于氧化石墨烯表面产生了含氧官能团，其表面改性也较为容易。

离子液体(Ionic liquid，IL)是指完全由离子组成，在室温下或室温附近呈液态的盐，一般由有机阳离子(如咪唑)和无机阴离子(如PF₆^-) 组成。自发现第1个离子液体以来，离子液体因其独特的性质如几乎零的蒸汽压、强极性、良好的热稳定性、大的电化学窗口以及其结构可设计性，已经引起了全世界的广泛关注。近年来离子液体被应用于填料改性中。 

目前制备氧化石墨烯/橡胶纳米复合材料的方法主要有：溶液共混法、乳液共混法。溶液共混法的优点是氧化石墨烯的制备与聚合物的合成分别进行，氧化石墨烯比较容易分散。如刘力采用溶液共混法制备了氧化石墨烯/白炭黑/橡胶纳米复合材料（刘力，毛迎燕，张法忠，温世鹏。中国专利，申请号CN201210043388.4）。但此法的缺点是需要使用有机溶剂，危害环境。同时工艺过程步骤多且复杂，难以工业化制备。而利用氧化石墨烯在水中具有良好的分散性，将氧化石墨烯的水性分散液与聚合物胶乳进行乳液混合可避免有机溶剂的危害，如夏和生采用超声波将氧化石墨均匀分散在聚合物胶乳中，然后在胶乳中通入还原剂进行原位还原，使氧化石墨还原为石墨烯，从而得到稳定的聚合物/石墨烯复合乳液，再经过破乳、凝聚、干燥，得到聚合物/石墨烯复合母料（夏和生，战艳虎，费国霞，伍金奎，闫宁。中国专利，申请号，CN201010191018.6）。但同样的，由于制备工艺过于复杂，还增加了还原的步骤，成本增高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有工艺简单、成本低廉、易于工业化生产、力学性能优良的含离子液体改性的氧化石墨烯/天然橡胶硫化胶及其制备方法。

实现本发明的技术解决方案为：一种离子液体改性的氧化石墨烯/天然橡胶复合材料，包括以下组分：浓硫酸， KMnO₄，石墨，硝酸钠，双氧水溶液，盐酸溶液；天然橡胶，硫化剂，氧化锌，硬脂酸，硫化促进剂，防老剂，增塑剂，离子液体，改性氧化石墨烯，炭黑。

一种离子液体改性的氧化石墨烯/天然橡胶硫化胶的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：制备氧化石墨：量取浓硫酸于四口烧瓶中，依次加入石墨、硝酸钠，搅拌。然后缓慢加入KMnO₄，反应完成后缓慢加入去离子水，将反应液转移至烧杯中，加入去离子水稀释。然后加入双氧水溶液。趁热抽滤，分别用盐酸和大量去离子水洗涤，然后烘干，备用；

步骤二：制备离子液体改性氧化石墨烯：将由步骤一制得的氧化石墨在玛瑙研钵中研磨成粉末，称取氧化石墨粉末于研钵中，加入配好的离子液体-丙酮溶液，在玛瑙研钵中研磨，然后放到烘箱中除去多余的丙酮，得到离子液体改性的氧化石墨稀；

步骤三：生胶塑炼：将天然橡胶生胶在双辊上进行塑炼，得到塑炼胶；

步骤四：离子液体改性的氧化石墨烯/天然橡胶共混胶的制备：准备好天然橡胶塑炼胶、氧化锌、硬脂酸、促进剂、防老剂、硫化剂等配合剂，采用机械共混的方法在开放式炼胶机或密炼机上将天然橡胶塑炼胶、各种小料、改性的氧化石墨烯进行混炼，得到离子液体改性的氧化石墨烯/天然橡胶混炼胶；

步骤五：将步骤四制备的离子液体改性的氧化石墨烯/天然橡胶混炼胶停放后，用硫化仪测定其正硫化时间，硫化制得离子液体改性的氧化石墨烯/天然橡胶硫化胶。