[发明专利]一种石墨烯改性橡胶复合材料的制备方法及橡胶复合材料

说明书

本发明公开了一种石墨烯改性橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1：石墨烯超声分散于有机溶剂中，向溶剂中加入聚乙二醇单醚，充分混合，得到石墨烯‑聚乙二醇单醚溶液；S2：以S1所得石墨烯‑聚乙二醇单醚溶液作为亲水改性剂聚乙二醇单醚改性多异氰酸酯；S3：向密炼设备中加入包含S2所得聚乙二醇单醚改性多异氰酸酯的橡胶混练原料，经密炼、混练，得石墨烯改性橡胶复合材料成品。该石墨烯改性橡胶复合材料的制备方法工艺中将石墨烯混合分散于多异氰酸酯的制备体系中，制备掺杂有石墨烯的多异氰酸酯，多异氰酸酯作为硫化剂应用于橡胶硫化反应中参与硫化反应，使得石墨烯能在橡胶材料中均匀分散。

技术领域

本发明涉及橡胶材料技术领域，具体涉及一种石墨烯改性橡胶复合材料的制备方法及橡胶复合材料。

背景技术

石墨烯拥有超高的比表面积，少量加入橡胶材料中能有明显提高橡胶复合材料的性能，例如力学性能、电性能以及导热性能现有技术中石墨烯复合材料的难点在于石墨烯在基料中易团聚难以均匀分散。

石墨烯用于橡胶的改性如CN106608993A、CN106633178A、CN108641129A、CN108794949A所述的，CN106608993A中的石墨烯改性环氧化顺丁橡胶中，石墨烯首先分散于溶剂中，然后将分散液与环氧化顺丁橡胶胶液混合，上述溶剂的选择范围包括水、四氢呋喃、乙酸乙酯、二氧六环、丙酮、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲甲基吡咯烷酮；CN106633178A中首先制备石墨烯悬浮液和橡胶溶液，然后将石墨烯悬浮液以射流的方式喷射到石墨烯悬浮液中得到石墨烯/橡胶混合液，最后将混合液烘干得到生胶材料；CN108641129A中以氧化石墨烯为原料，步骤包括氧化石墨烯-聚乙烯醇分散液的制备、氧化石墨烯、γ射线还原制备石墨烯-聚乙烯醇分散液、石墨烯-聚乙烯醇分散液与橡胶密炼共混三步骤；CN 108794949A中首先利用石墨烯和氧化锌制备片状石墨烯原位生长针状氧化锌微纳米复合物，抑制组份之间团聚，氧化锌作为硫化促进剂参与橡胶的硫化反应。

上述的CN106608993A、CN106633178A两方案的缺陷在于共混体系中溶剂的存在会影响交联密度，CN108641129A的氧化石墨烯是石墨烯的氧化产物，经预先的氧化和还原步骤，与机械法剥离得到的石墨烯相比，结构上存在明显的缺陷，进而影响石墨烯共混橡胶的综合性能。石墨烯原位生长通常也需要经过氧化和还原步骤，生产工艺条件要求高。

发明内容

本发明的目的之一在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种石墨烯改性橡胶复合材料的制备方法，将石墨烯分散于多异氰酸酯的制备体系中，制得的多异氰酸酯作为硫化剂参与橡胶的硫化反应，促进石墨烯在橡胶中的均匀分散。

实现上述技术效果，本发明的技术方案为：一种石墨烯改性橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：石墨烯超声分散于有机溶剂中，向溶剂中加入聚乙二醇单醚，充分混合，得到石墨烯-聚乙二醇单醚溶液；

S2：以S1所得石墨烯-聚乙二醇单醚溶液作为亲水改性剂聚乙二醇单醚改性多异氰酸酯；

S3：向密炼设备中加入包含S2所得聚乙二醇单醚改性多异氰酸酯的橡胶混炼原料，经密炼、混炼，得石墨烯改性橡胶复合材料成品。

优选的技术方案为，S2工艺过程为：将六亚甲基二异氰酸酯三聚体、阴离子亲水改性剂3-环己氨基丙磺酸混合均匀，然后加入叔胺类中和剂，升温至70～95℃反应，接着向反应体系中加入S1所得石墨烯-聚乙二醇单醚溶液混匀，保温55～80℃反应，最后去除反应体系中的有机溶剂。

优选的技术方案为，S1中有机溶剂为C3～C7的酮类溶剂，S1中聚乙二醇单醚的聚乙二醇的平均分子量为3000～4000，酮类溶剂与聚乙二醇单醚的重量比为1：(0.3～0.8)。