[发明专利]一种3D石墨烯纳米带-MXene-橡胶复合母胶的制备方法

说明书

一种3D石墨烯纳米带‑MXene‑橡胶复合母胶的制备方法，属于橡胶纳米复合材料制备领域，具体方案如下：一种3D石墨烯纳米带‑MXene‑橡胶复合母胶的制备方法，包括以下步骤：将多壁碳纳米管氧化切割使其外管纵向展开，而内管得到保留，得到3D石墨烯纳米带，然后利用偶联剂将其与MXene耦合得到3D石墨烯纳米带‑MXene，最后将3D石墨烯纳米带‑MXene和橡胶复合形成所述橡胶复合母胶。本发明将兼具有高导电性和表面活性的3D石墨烯纳米带‑MXene应用到橡胶领域，克服了传统多壁碳纳米管、MXene与橡胶基体结合性差和难分散的缺点，所制备的复合母胶具有优异的导电性、阻隔、导热和力学强度。

技术领域

本发明属于橡胶纳米复合材料制备领域，具体涉及一种3D石墨烯纳米带-MXene-橡胶复合母胶的制备方法。

背景技术

多壁碳纳米管是一种可以有效增强橡胶导电性和力学强度的碳纳米填料，目前国内外已可以大规模批量化生产，其价格逐渐接近传统的无机填料。但多壁碳纳米管与石墨烯一样，其表面呈惰性，与橡胶的结合相容性较差。另外，多壁碳纳米管与橡胶复合时，仅仅只有其外部表面能与橡胶基体接触，导致其补强效果并没有达到最佳。此外，多壁碳纳米管由于具有较大的纵横比，极易纠缠在一块，在普通的密炼和开炼中，很难能将其均匀分散于橡胶基体中。

通常，人们利用简单的酸化处理技术对多壁碳纳米管进行改性，从而赋予多壁碳纳米管表面丰富的含氧官能团，进而提高其在橡胶或塑料基体中的相容性。但这种酸化处理技术并没能改善其与聚合物可接触的面积，且酸化处理会使碳纳米管横向断裂，导致长径比变小，进而降低增强聚合物的效果。美国Rice University的Tour等人率先采用一种氧化切割的方法将多壁碳纳米管纵向彻底拉开，得到一种条形的石墨烯(Nature,2009,458(7240):872-876)。这种条形的石墨烯称之为石墨烯纳米带，其继承了母体多壁碳纳米管的高纵横比，但在制备过程中会使用大量氧化剂，会有大量含氧官能团引入致使其电导率下降，并且其在聚合物中依然存在易团聚的缺陷。

发明内容

本发明的目的是为了提高橡胶的阻隔性、抗静电性以及导热性，本发明提供一种3D石墨烯纳米带-MXene-橡胶复合母胶的制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种3D石墨烯纳米带-MXene-橡胶复合母胶的制备方法，包括以下步骤：利用氧化法可控切割多壁碳纳米管，使其外管部分纵向展开，而内管得到保留，内管为管径变小的多壁碳纳米管，而外管为石墨烯纳米带，即得到3D石墨烯纳米带，然后利用偶联剂将3D石墨烯纳米带与MXene耦合，进而构建出3D石墨烯纳米带-MXene，然后采用胶乳絮凝的方法将3D石墨烯纳米带-MXene和橡胶复合形成3D石墨烯纳米带-MXene-橡胶复合母胶。

一种3D石墨烯纳米带-MXene-橡胶复合母胶的制备方法，具体步骤如下：

步骤一：将3D石墨烯纳米带和MXene分散于水中，在功率为100-200W下进行超声分散10-30min得到混合液A，其中3D石墨烯纳米带和MXene的总质量与水的质量体积比为1:50-1:10g/mL，所述3D石墨烯纳米带和MXene的质量比为1:5-5:1；

步骤二：将固含量为10-40％的橡胶胶乳在水中进行稀释，机械搅拌处理5-20min得到混合液B；其中橡胶胶乳中的橡胶的质量与水的体积比为1:50-4:50g/mL；

步骤三：将混合液A和混合液B进行混合并加入偶联剂，随后机械搅拌处理10-30min，形成均匀的混合液C，其中偶联剂占3D石墨烯纳米带和MXene总质量的2～25％；

步骤四：将混合液C倒入絮凝剂中，所述絮凝剂的浓度为0.1-0.5％，机械搅拌5-10min，大块状的3D石墨烯纳米带-MXene-橡胶复合物就会在混合液C析出，然后用水对所得固体进行清洗以去除残留的絮凝剂杂质，在80-100℃中烘干便得到3D石墨烯纳米带-MXene-橡胶复合母胶。