[发明专利]一种掺杂有石墨烯的胶乳及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子领域，特别涉及一种掺杂有石墨烯的胶乳及其制备方法。

背景技术

橡胶树普遍种植于热带和亚热带地区，为了便于运输、贮存和应用以及根据橡胶制品的需要，天然橡胶产品分为天然生胶和浓缩胶乳两类。目前全球生产的天然橡胶产品，仍以天然生胶居多，约占天然橡胶总产量的90％。原因之一便是橡胶作为重要战备物资之一，只有天然生胶才能长期贮存。与浓缩胶乳相比，天然生胶存在的缺点是：①用来生产橡胶制品时，大多数都需用重型设备进行处理，动力消耗大；②加工工艺复杂，能耗大，生产周期长等。天然橡胶的贮藏与应用中生胶与胶乳之间如何发挥优势解决缺陷是长期以来研究的重点。

天然橡胶的纯胶硬度、拉伸强度等物理学性能方面不能满足一些实际需要，可通过物理或化学的方法对其改性从而形成纳米复合材料。目前，常用于改性橡胶的纳米材料包括纳米炭黑、纳米白炭黑、纳米碳酸钙、纳米粘土、纳米氧化锌、碳纳米管等，如CN 101381483 B公开了一种碳纳米管-天然橡胶复合材料的制备方法，CN 101914229 B公开了一种硅藻土/天然橡胶复合材料的制备方法；CN101418063 B公开了一种利用原位接枝聚合制备天然橡胶-二氧化硅纳米复合材料的方法。

近年来，石墨烯作为一种新型的纳米填料，在天然橡胶改性中开始展露头角。目前，将石墨烯加入到橡胶体系中，主要有两种方法：机械混炼和胶乳共混(Macromolecules,45(15),6045–6055,2012)。机械混炼这一过程既消耗能源 又污染环境，在机械混炼过程中橡胶“吃粉”困难，粉体飞扬，对环境产生污染,还严重危害操作人员的身体健康；并且填料在混炼时分散性差，极易团聚。四川大学的研究组通过胶乳共混工艺制备石墨烯天然橡胶复合材料，(J.Mater.Chem.,22,10464-10468,2012)，该方法存在的问题在于：①无法得到导电胶乳，制的生胶费时费力；②采用水合肼还原会严重降低天然橡胶的分子量，进而所见材料的应用范围；③由于石墨烯仅存在于胶乳粒子表面，压板硫化时石墨烯容易发生团聚。只有石墨烯均匀地分散到胶乳粒子当中才能从本质上改善其和天然橡胶的相容性问题，从而才能更好的发挥石墨烯在纳米复合材料中的作用。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种绿色环保的掺杂有石墨烯的胶乳制备方法。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种掺杂有石墨烯的胶乳的制备方法，包括以下步骤：

1)溶解生胶：用溶剂将生胶溶解，过滤除去凝胶，制得生胶溶液；

2)分散石墨烯：将石墨烯与步骤1)所述溶剂混合，超声分散，制得石墨烯悬浮液；

3)制备交联体系溶液：取交联剂和交联促进剂，混合，用步骤1)所述溶剂分散溶解，得交联体系溶液；

4)乳化：取生胶溶液、石墨烯悬浮液、交联体系溶液和水按1：0.1-1：0.005-0.1：3-20的配比进行混合，得共混液，加入乳化剂，以800-1600rpm的转速搅拌进行乳化，得到微滴乳液；

5)交联固化：将步骤4)得到微滴乳液以800-1600rpm的转速搅拌升温至70-130℃，保温90-300min，得到交联乳液；

6)除溶剂：步骤5)的交联乳液以900-2000rpm的转速继续保温搅拌，得到均质乳液；

7)浓缩：在步骤6)得到的均质乳液中加入稳定剂，然后浓缩得到掺杂有石墨烯的胶乳。

作为优选，步骤1)所述溶剂为甲苯、二甲苯、液体石蜡、溶剂油、煤油中一种。

作为优选，步骤3)中所述交联剂为过氧化物、金属氧化物、酚醛树脂、硫磺、醌类衍生物、多元胺、马来酰亚胺衍生物中的一种；所述交联促进剂的类型为噻唑类、秋兰姆类、次磺酰胺类、胍类、二硫代氨基甲酸盐类、硫脲类、醛胺类中的一种。

作为优选，步骤4)中所述乳化剂的类型为非离子型。

作为优选，步骤4)中所述乳化剂与共混液重量比为1：100-150。

作为优选，步骤7)中所述稳定剂为水解蛋白类稳定剂、非离子型表面活性剂、月桂酸中的一种。

作为优选，上述的掺杂有石墨烯的胶乳的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)溶解生胶：将生胶和二甲苯按0.5-5：100的配比溶解，用100目滤网过滤除去凝胶，制得生胶溶液；

2)分散石墨烯：将石墨烯与二甲苯胺1:200-500的配比混合，9-50W超声分散50-120min，制得石墨烯悬浮液；