[发明专利]聚异戊二烯胶乳石墨烯复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及还原氧化石墨烯的制备方法、将还原氧化石墨烯掺入聚异戊二烯胶乳中以提供聚异戊二烯胶乳石墨烯复合材料、以及使用该聚异戊二烯胶乳石墨烯复合材料制备的弹性体制品。特别地，在不使用强还原剂和有机溶剂的情况下实现氧化石墨烯的还原，并且使用室温胶乳混合法或者热熟化实现将还原氧化石墨烯掺入聚异戊二烯胶乳中。所得到的复合材料呈现出良好的胶体稳定性，并且由该复合材料生产的聚异戊二烯胶乳薄膜呈现出良好的机械性能以及改良的抗老化性。

技术领域

本发明涉及还原氧化石墨烯的制备方法、将还原氧化石墨烯掺入聚异戊二烯胶乳中以提供聚异戊二烯胶乳石墨烯复合材料、以及使用该聚异戊二烯胶乳石墨烯复合材料制备的弹性体制品。特别地，在不使用强还原剂和有机溶剂的情况下实现氧化石墨烯的还原，并且使用室温胶乳混合法或者热熟化实现将还原氧化石墨烯掺入聚异戊二烯胶乳中。所得到的复合材料呈现出良好的胶体稳定性，并且由该复合材料生产的聚异戊二烯胶乳薄膜呈现出良好的机械性能以及改良的抗老化性。

背景技术

自2004年发现石墨烯以来，石墨烯及其衍生物(例如氧化石墨烯)因其独特的热性能、机械性能和阻隔性能而引起了极大的关注和研究兴趣(Johnson et al.，CurrentOpinion in ColloidInterface Science，2015，20，367-382)。聚合物纳米复合材料(具有掺入的纳米填充物材料的聚合物基复合材料)是氧化石墨烯中研究最多的应用之一。这可能归因于可获得的化学功能团的多样性，以及与纯净石墨烯相比，其成本相对低。与常规的填充物复合材料相比，石墨烯-聚合物纳米复合材料在装载量低得多时表现出显著增强的机械性能(Kashyap et al.，J.Alloys and Compounds，2016，684，254-260，doi：10.1016/j.jallcom.2016.05.162)。

制备常规石墨烯-聚合物纳米复合材料所采用的一般方法或策略包括溶液共混法、熔融共混法和原位聚合法。石墨烯-聚合物纳米复合材料的性能取决于石墨烯在聚合物基质中的分散。

因此，已经广泛地研究了氧化石墨烯的改性，以确保氧化石墨烯在聚合物基质中均匀分布，并同时改善氧化石墨烯与聚合物之间的界面粘结力。

用于生产还原氧化石墨烯的两种常用方法是化学还原法和热还原法。氧化石墨烯的化学还原法一般通过添加还原剂(例如水合肼、硼氢化钠、对苯二酚、柠檬酸和抗坏血酸等)进行。氧化石墨烯的化学还原通常从原本黄棕色的悬浮液中得到黑色沉淀。

尽管已经探索过许多方法，在聚异戊二烯胶乳基质中制备氧化石墨烯的均匀、稳定的分散体的工艺依然是这个领域的重大挑战。

本发明人发现了一种在不使用强还原剂的情况下生产还原氧化石墨烯的方法。发明人还发现了一种在不使用高剪切混合或者超声混合的情况下实现复合材料分散体的均匀性的方法。还通过本发明改善了胶乳的胶体稳定性。此外，由该复合材料生产的弹性体薄膜呈现出良好的机械性能和改善的抗老化性。

发明内容

在第一个方面，本发明提供聚异戊二烯胶乳石墨烯复合材料组合物，包含：

ia)聚异戊二烯胶乳

iib)至少一种稳定剂

iiic)至少一种固化剂；以及

ivd)至少部分还原的氧化石墨烯，其通过以下方法制备：

i)将氧化石墨烯组合物的pH调节至大约8～12；

ii)在已调节过pH的氧化石墨烯组合物中加入试剂，该试剂选自硫、至少一种二硫代氨基甲酸盐、秋兰姆、硫脲、噻唑、胍、金属氧化物或其混合物；

iii)通过在大约20℃至大约80℃的温度下缓慢搅拌大约4小时至大约24小时来混合氧化石墨烯组合物。

在一些实施例中，存在多于一种固化剂。在一些实施例中，该氧化石墨烯为还原氧化石墨烯。