[发明专利]含聚乙烯吡咯烷酮改性氧化石墨烯的多功能橡胶硫化胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于橡胶类聚合物复合材料及其制备方法，特别是一种含聚乙烯吡咯烷酮改性氧化石墨烯、兼具优异力学、导热和耐溶剂等性能的多功能橡胶硫化胶及其制备方法。

背景技术

多功能橡胶硫化胶，即兼具优异力学、导热和耐溶剂等性能的橡胶硫化胶，是橡胶工业中的研究热点之一。氧化石墨烯，是一种二维材料，具有机械强度高(63GPa)、模量高、比表面积大和阻隔性好的特点，而且制备简单，成本低，作为新型碳基材料受到了广泛关注。但是，由于氧化石墨烯表面含有大量含氧官能团，因此，氧化石墨烯在极性特种橡胶中的应用效果好，如羧基丁腈橡胶(Journal of Materials Science,2013,48,1571-1577)，溴化丁基橡胶(Polymer Degradation and Stability,2013,98,2208-2214)等。而在非极性橡胶中，如天然橡胶，丁苯橡胶等，氧化石墨烯的应用效果不佳。例如，文献《Journal of Applied Polymer Science,2013,129,2342-2351》报道了乳液法制备氧化石墨烯/天然橡胶复合材料。但是由于氧化石墨烯与天然橡胶界面相容性差，氧化石墨烯在天然橡胶中仅能少量添加(≤1wt％)；因而对力学性能的提升有限。因此，对氧化石墨烯表面进行改性，改善其与非极性橡胶的界面相容性，是制备多功能橡胶硫化胶的重要途径。文献《Polymer,2013,54,1930-1937》报道了偶联剂接枝改性氧化石墨烯，并通过溶液法制备了改性氧化石墨烯/天然橡胶复合材料。但是，文献报道的改性氧化石墨烯的方法繁琐(超声，回流24小时)，并且制备复合材料过程中需要大量的有机溶剂，难以实现大规模的推广。专利201310035966.4公开了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，其中的改性方法需要用到大量丙酮，同样难以实现大规模的推广。

发明人注意到，聚乙烯吡咯烷酮是一种非离子型、无毒、两亲高分子，具有优异的水溶性，其亲水端能够方便有效改性氧化石墨烯，同时其亲油端与非极性橡胶具有良好的相容性。因此，采用聚乙烯吡咯烷酮能够在氧化石墨烯和非极性橡胶之间形成桥梁，提高氧化石墨烯在橡胶中的分散程度，以便于制备多功能橡胶硫化胶。另外，聚乙烯吡咯烷酮优异的水溶性使得改性后的氧化石墨烯能以水溶液形式与橡胶胶乳共混，便于大规模工业化生产。但是，目前为止，未见含有聚乙烯吡咯烷酮改性氧化石墨烯、兼具优异力学、导热和耐溶剂等性能的功能化橡胶硫化胶的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种含改性氧化石墨烯、兼具优异力学、导热和耐溶剂等性能的多功能橡胶硫化胶及其制备方法。

实现本发明的技术解决方案：

一种含聚乙烯吡咯烷酮改性氧化石墨烯的多功能橡胶硫化胶，以重量份计，包含橡胶基体100份、聚乙烯吡咯烷酮改性氧化石墨烯1-4份、防老剂2-5份、氧化锌3-10份、硬脂酸1-3份、硫化促进剂0.5-1份和硫化剂1-3份。

其中，所述的聚乙烯吡咯烷酮改性氧化石墨烯中，氧化石墨烯与聚乙烯吡咯烷酮质量比为1：1～1：5。

所述的聚乙烯吡咯烷酮改性氧化石墨烯的平均长度为610nm、平均厚度为3nm。

所述的橡胶基体选自天然橡胶、丁苯橡胶和顺丁橡胶中的任意一种或几种。

所述的防老剂为N-异丙基-N'-苯基对苯二胺(4010NA)和2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体(RD)中的任意一种或两种。

所述的硫化促进剂为2,2'-二硫代二苯并噻唑(DM)和N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺(CZ)中的任意一种或两种。

所述的硫化剂为硫黄。

一种含聚乙烯吡咯烷酮改性氧化石墨烯的多功能橡胶硫化胶的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：聚乙烯吡咯烷酮改性氧化石墨烯的制备：将氧化石墨加入到水溶液中，超声分散，加入聚乙烯吡咯烷酮，继续超声搅拌，得到聚乙烯吡咯烷酮改性氧化石墨烯水溶液；

步骤二：将步骤一制得的聚乙烯吡咯烷酮改性氧化石墨烯水溶液与橡胶胶乳混合搅拌，并加入凝胶剂，凝胶洗涤烘干，得到含聚乙烯吡咯烷酮改性氧化石墨烯的橡胶混合物；

步骤三：将步骤二制得的含聚乙烯吡咯烷酮改性氧化石墨烯的橡胶混合物与氧化锌、硬脂酸、防老剂、硫化促进剂和硫化剂在开炼机上进行混炼后，停放，用硫化仪测定正硫化时间，再用平板硫化机压制得到含聚乙烯吡咯烷酮改性氧化石墨烯的多功能橡胶硫化胶。