[发明专利]一种橡胶硫化促进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硫化促进剂还原和改性氧化石墨烯及其制备方法与应用。该方法首先将氧化石墨与去离子水混合，超声剥离分散到水中，然后将橡胶促进剂溶液与氧化石墨烯水溶液混合，加热搅拌，经洗涤、抽提、干燥，得到橡胶硫化促进剂还原和改性氧化石墨烯，并将该橡胶硫化促进剂还原和改性氧化石墨烯添加到橡胶中。该还原后的石墨烯表面化学接枝有促进剂，既能阻止石墨烯片层间的堆叠，又能避免促进剂在橡胶基体中由“喷霜”效应造成的迁移挥发，显著改善杂化填料在聚合物基体中的分散状态和聚合物‑石墨烯之间的界面作用，从而改善橡胶/石墨烯复合材料的综合性能。因此，本发明在功能化填料和高性能复合材料的制备领域均具有潜在的应用价值。

技术领域

本发明涉及橡胶领域，具体涉及一种橡胶硫化促进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（Graphene）是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。具有超高的力学和极好的导热、导电等性能。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。石墨烯主要的制备方法有氧化还原法、机械剥离法、溶剂热还原法、光催化还原法、SiC外延生长法等。其中，氧化还原法由于工艺简单、成本较低，是最有望实现大规模制备石墨烯的方法之一。但是，氧化还原法目前所采用的还原剂主要为水合肼，水合肼毒性大，且容易发生爆炸。所以，在保证工艺简单，反应条件温和的前提下，开发无毒、环保的还原剂就显得尤为重要。

橡胶作为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。然而，橡胶生胶的强度和弹性均不理想，必须加入补强填料和各种橡胶助剂才能够改善橡胶的综合性能，获得使用价值。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、污染大且效果不明显。

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、无污染的橡胶促进剂还原和改性氧化石墨烯的制备方法，还提供了一种含氧官能团低、共轭程度高、在有机溶剂中均匀分散的橡胶促进剂同步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。

一种橡胶硫化促进剂同步还原和改性氧化石墨烯的制备方法，包括以下步骤：

（1）将氧化石墨加入到水中，超声剥离分散，得到氧化石墨烯的水分散液；

（2）将橡胶促进剂溶于有机溶剂或水中，形成橡胶促进剂溶液；

（3）在30~80℃下，将橡胶促进剂溶液与氧化石墨烯的水分散液混合，搅拌反应；

（4）将步骤（3）所得产物洗涤、烘干，即得橡胶硫化促进剂还原和改性氧化石墨烯。

优选的，步骤（1）所述氧化石墨烯采用现有的改性Hummer法制备得到。

优选的，步骤（1）所述氧化石墨烯分散液的浓度为0.5~1.5 mg/ml。

优选的，步骤（2）所述的橡胶促进剂为2-巯基苯并噻唑（M）、2-硫醇基苯并噻唑锌盐（MZ）、亚乙基硫脲（ETU）、N,N’-二乙基硫脲（DETU）、二苯胍（D）、二邻甲基苯胍（DOTG）中的一种。

优选的，步骤（2）中所述有机溶剂为甲醇、乙醇、甲苯、苯、二甲苯、丙酮、乙醚和氯仿中的一种或两种以上混合溶剂。