[发明专利]一种改性石墨烯在并用橡胶中的应用

说明书

本发明公开了一种改性石墨烯在并用橡胶中的应用。该应用是先将石墨烯经促进剂改性后，使用预先混合均匀的两种液态胶乳与改性石墨烯在水中的分散液进行混合，混合均匀后加乙醇使之絮凝，然后真空干燥后进行混炼、硫化得到石墨烯/橡胶复合材料。本发明的方法能够改善促进剂改性的石墨烯在并用橡胶基体中分散良好，结果表明改性的石墨烯与橡胶基体界面结合更好，而且与添加未改性石墨烯的并用橡胶复合材料相比，添加改性石墨烯的并用橡胶复合材料的拉伸强度更高、扯断伸长率更大、导热性更好、抗湿滑性能更好，由此制备出的轮胎安全性更高，其在“绿色轮胎”中具有较好的应用前景。因此，本发明在高性能橡胶复合材料开发领域均具有良好的应用价值。

技术领域

本发明涉及橡胶领域，具体涉及一种改性石墨烯在并用橡胶中的应用。

背景技术

作为弹性高分子材料，橡胶常被用于交通运输、建筑、机械、医疗器械、电子等领域，其不但可用作为日常生活中的各类常用产品，也为各行各业提供橡胶类零部件。但橡胶行业也存在着环境污染、资源浪费、创新遇到瓶颈等问题。当前我国工业的发展、产业的转型升级也对橡胶的性能提出了更高的要求。

橡胶并用能使橡胶中好的性能发挥出来达到我们所需的性能要求，并且能够大幅度地降低生产的成本。橡胶/橡胶共混物(或称并用橡胶)常用于轮胎和各种橡胶制品，其中非极性橡胶的共混物常用于轮胎工业，特别是二十世纪九十年代发展起来的兼具低滚动阻力、高抗湿滑性、高耐磨性等优良综合性能的绿色轮胎，往往采用天然橡胶、丁苯橡胶和顺丁橡胶的共混物的硫化胶作为胎面橡胶材料。高性能并用橡胶纳米复合材料是当前橡胶工业的一个重要发展方向，石墨烯是一种综合性能优异的新型橡胶纳米填料。

石墨烯是单片层碳原子紧密堆积组成的蜂窝状二维材料，石墨烯的理论厚度大约为0.35nm，是目前发现的最薄的二维材料，也是到目前唯一存在的一种二维自由态原子晶体。石墨烯一经发现就被预测其可能会在诸多领域引发革命性的变化。石墨烯具有优异的综合性能，其是目前为止人类发现的强度最高的材料之一，同时其还有良好的韧性，理论上其杨氏模量可达到110GPa左右。完美无缺的单片层石墨烯是目前发现的导热系数最高的碳材料(其导热系数为5000W/mK左右)。当作为载体时，石墨烯的导热系数能够达到600W/mK左右。作为一种没有能隙的半导体，石墨烯在室温条件下的载流子迁移率可达到15000cm²·V^-1·s^-1左右。此外，石墨烯还具有超大的比表面积(约为2630m²/g)。因此石墨烯优异的综合性能使其可以作为橡胶的理想填料。氧化还原法是当前大规模制备石墨烯的最主要的方法之一。然而，这种方法制备出的石墨烯容易团聚且与橡胶之间的界面结合作用弱。因此，为了获得高性能石墨烯橡胶复合材料，常需要对石墨烯进行改性。另一方面，低分子量的橡胶助剂容易从橡胶基体中迁移和挥发出来，降低了橡胶助剂的作用效率，且污染环境。为了克服传统橡胶助剂的缺点，并开发出绿色高效的氧化石墨烯还原剂和改性剂用以制备有机改性的石墨烯从而获得高性能石墨烯橡胶复合材料。

当前，我国轮胎产销量虽已跃居世界第一，但由于轮胎工业的基础和前沿研究不够，技术上缺乏创新，在轮胎生产技术方面与发达国家相比还存在较大差距，国内轮胎企业生产的基本上都是中低档轮胎。因此，无论是从市场需求，还是从节能、环保、安全和耐用的角度来看，我国研制兼具低滚动阻力、高抗湿滑性、高耐磨性的高性能轮胎(“绿色轮胎”)已经迫在眉睫，这也是加快发展我国轮胎工业由大变强的必由之路。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种橡胶促进剂改性的石墨烯在并用橡胶中的应用。本发明先将石墨烯经促进剂改性后，使用预先混合均匀的两种液态胶乳与改性石墨烯在水中的分散液进行混合，混合均匀后加乙醇溶液使之絮凝，然后真空干燥后进行混炼、硫化得到高性能的石墨烯/橡胶复合材料。

为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案。

一种改性石墨烯在并用橡胶中的应用，包括以下步骤：