[发明专利]改性石墨烯橡胶及其制备方法

说明书

本发明公开了改性石墨烯橡胶及其制备方法，该改性石墨烯橡胶包含如下重量份计的原料：顺丁橡胶20‑40份、天然橡胶20‑40份、改性石墨烯10‑20份、无溶剂树脂10‑15份、硅烷偶联剂5‑10份、纳米氧化铝1‑5份、纳米二氧化硅1‑5份、海泡石纤维5‑15份、十溴二苯乙烷3‑7份、促进剂1‑3份、增粘剂0.5‑1.5份。本发明制得的改性石墨烯橡胶强度高，且具有良好的耐磨性，制备方法的生产过程简单，适合广泛应用。

技术领域

本发明涉及橡胶技术领域，尤其涉及改性石墨烯橡胶及其制备方法。

背景技术

橡胶是具有可逆形变的高弹性聚合物材料，在室温下富有弹性，在很小的外力作用下能产生较大形变，除去外力后能恢复原状。橡胶的分子链可以交联，交联后的橡胶受外力作用发生变形时，具有迅速复原的能力，并具有较佳的物理力学性能和化学稳定性。橡胶是橡胶工业的基本原料，广泛用于制造轮胎、胶管、胶带、电缆及其他各种橡胶制品。传统的橡胶制品不耐候、不经用、耐摩擦性能低、容易龟裂、拉伸强度差，使得橡胶制品的使用寿命短、成本较高。

2004年英国曼彻斯顿大学的Geim和Novoselov通过胶带剥离高定向石墨获得了独立存在的二维石墨烯(Gra-phene，GN)晶体以来，石墨烯已经成为材料科学领域极受关注的研究热点之一。石墨烯，实际上就是单原子层的石墨，它拥有独特的二维结构和优异的力学、热力学、光学和电学性能。

石墨烯是目前世界上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，至吸收2.3％的光，导热系数高达5300W/m·k，高于碳纳米管和金刚石。石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，具有强度高，比表面积大，高化学反应活性，高填充性的特点。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了改性石墨烯橡胶及其制备方法，制得的改性石墨烯橡胶强度高，且具有良好的耐磨性，制备方法的生产过程简单，适合广泛应用。

本发明提出的改性石墨烯橡胶，包含如下重量份计的原料：顺丁橡胶20-40份、天然橡胶20-40份、改性石墨烯10-20份、无溶剂树脂10-15份、硅烷偶联剂5-10份、纳米氧化铝1-5份、纳米二氧化硅1-5份、海泡石纤维5-15份、十溴二苯乙烷3-7份、促进剂1-3份、增粘剂0.5-1.5份；

优选地，所述改性石墨烯的制备方法步骤如下：

S1：氧化石墨烯悬浮液的制备：将15重量份的石墨粉、5重量份的硝酸钠与70重量份的浓硫酸混合搅拌均匀并边搅拌边加入15重量份的高锰酸钾，高锰酸钾的添加时间控制在30-90s，温度保持在10-20℃；然后升温至48-52℃水浴反应40-50min，然后加入100重量份的去离子水搅拌1min后在加入200重量份的去离子水，搅拌2min后升温至56-58℃继续反应3h，然后滴加35重量份、质量分数30％的过氧化氢溶液，洗涤5次后将其制成1000重量份的悬浮液，超声波处理20-25min后备用；

S2：氧化石墨烯的改性：将50-100重量份的上述氧化石墨烯悬浮液与10-20重量份三乙醇胺、10-20重量份二乙醇胺、5-15重量份聚乙烯亚胺、1-2重量份对甲苯磺酸加入到装有分水器和减压抽滤反应器中，在转速250r/min、压力-0.2PMa减压抽滤下加热到100℃，保温反应2h，得到改性氧化石墨烯。

优选地，所述无溶剂树脂为无溶剂环氧树脂、无溶剂聚氨酯树脂、无溶剂聚脲树脂、无溶剂有机硅树脂和无溶剂不饱和聚酯树脂中的一种或几种。

优选地，所述促进剂为二硫代氨基甲酸盐、二硫化四甲基秋兰姆和4，4'-二硫化二吗啉中的一种或几种。

优选地，所述增粘剂为增粘树脂。

优选地，所述改性石墨烯为粒径分布于10纳米-10微米的黑色粉末，是由1-100层相平行或接近于平行的片层构成的碳质材料，比表面积为100-1000㎡/g。