[发明专利]一种橡胶助剂还原和改性氧化石墨烯及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种橡胶助剂还原和改性氧化石墨烯及其制备方法与应用，该方法只用一步反应即可同时还原和改性氧化石墨烯，具体为将氧化石墨与水混合，超声剥离，得氧化石墨烯水分散液；将橡胶助剂溶液与氧化石墨烯水分散液混合，加热搅拌，得橡胶助剂改性石墨烯。本发明中还原剂无毒环保、方法简单易行、反应条件温和，所得石墨烯表面含氧官能团低、共轭程度高；部分橡胶助剂化学接枝在石墨烯表面，既可以促进石墨烯在橡胶中均匀分散、增强与橡胶基体的界面结合作用，又可以避免橡胶助剂的迁移和挥发、提高其作用效率，从而改善橡胶/石墨烯复合材料的性能。本发明为绿色宏量制备石墨烯和获得高性能橡胶/石墨烯纳米复合材料提供新的机会和途径。

技术领域

本发明属于材料制备领域，具体涉及一种橡胶助剂还原和改性氧化石墨烯及其制备方法与应用。

背景技术

石墨烯是最新发展且具有革命性意义的纳米材料，于2004年首次被发现，是一种由单层碳原子构成的二维共轭结构，具有超高的力学和极好的导热、导电等特性。基于其独特的化学结构和优异的综合性能，石墨烯在新能源、生物科技、新材料等领域引起了广泛的关注。石墨烯一般是由氧化石墨烯经过还原得到，其主要的制备方法有化学还原法、溶剂热还原法、化学气象沉积法、光催化还原法等。其中，化学还原法由于可宏量制备，且工艺简单、成本较低，因而在基础研究和工业应用领域都受到了格外的推崇。当前，化学还原法所采用的还原剂主要为水合肼。然而，水合肼毒性大，并且在大量使用时容易发生爆炸。所以，采用无毒、环保的还原剂，开发一类工艺简单、反应条件温和、成本低的石墨烯是十分必要的，具有显著的理论和实际意义。

橡胶是国家不可或缺的战略性物资，是国民经济、高新技术和国防军工领域不可替代的关键材料。但橡胶生胶的强度和弹性不理想，必须加入补强填料和促进剂、防老剂等各种助剂才有使用价值。当前我国国防军工的飞速发展和产业经济转型升级对橡胶的性能提出了更高的要求，常用的炭黑、白炭黑等填料难以满足使用要求。石墨烯作为纳米填料应用在橡胶复合材料中，有望显著改善材料的力学、导热导电、动态粘弹等性能，具有广阔的发展前景。然而，由于石墨烯在橡胶中难以分散均匀，且与橡胶界面结合弱，其独特优势难以发挥。为解决以上难题，迄今主要通过外加有机物对石墨烯进行改性来改善其在橡胶中的分散和界面结合，但改性工艺复杂，成本高，污染大，效果不明显。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种工艺简单、反应条件温和、成本低、无污染的橡胶助剂还原和改性氧化石墨烯的制备方法，还提供了一种表面含氧官能团低、共轭程度高、在有机溶剂中均匀分散的橡胶助剂还原和改性氧化石墨烯及其在橡胶复合材料中的应用技术。

为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案。

一种橡胶助剂还原和改性氧化石墨烯的制备方法，包括如下步骤：

（1）将氧化石墨与水混合，超声剥离，得氧化石墨烯水分散液；

（2）将橡胶助剂溶于有机溶剂或水中，形成橡胶助剂溶液；

（3）将橡胶助剂溶液与氧化石墨烯水分散液混合，在50~100℃下搅拌反应；

（4）将步骤（3）所得反应产物洗涤、真空干燥，即得橡胶助剂改性石墨烯。

优选的，步骤（1）所述氧化石墨烯水分散液的浓度为0.5~1.5mg/ml。