[发明专利]一种高性能橡胶/氧化石墨烯复合材料及其制备方法

说明书

一种高性能橡胶/氧化石墨烯复合材料及其制备方法，其中制备方法包括：取硫磺加热至119‑160℃使其熔融，然后加入乙烯基单体，搅拌反应0‑8小时，接着在氩气保护下再加入单取代苯胺，继续搅拌反应1‑4小时；将反应物溶解于四氢呋喃中，过滤除去未反应的硫磺，再将过滤后的溶液倒入乙醇中，得到纯化的含氨基聚硫；取生胶、氧化石墨烯母胶、防老剂和含氨基聚硫在密炼机中进行一段混炼，得到混炼胶；将混炼胶放入开炼机并加入硫化包，加入硫化包后的混炼胶停放24‑48小时后，通过热压硫化制备得到高性能的橡胶/氧化石墨烯复合材料。本发明制备的橡胶/氧化石墨烯复合材料的拉伸强度和定伸应力均有明显提升。

技术领域

本发明涉及橡胶材料领域，具体涉及一种高性能橡胶/氧化石墨烯复合材料及其制备方法。

背景技术

氧化石墨烯一直是橡胶补强材料中重要的研究开发对象，但是氧化石墨烯富含含氧官能团，与橡胶基体的相容性较差，使得氧化石墨烯的增强效率较低。橡胶与氧化石墨烯的界面作用决定了氧化石墨烯在橡胶基体中的分散，是影响复合材料性能的关键因素。

目前，提高橡胶与氧化石墨烯界面作用的主要方法是对氧化石墨烯进行改性，以提高两者间的相互作用。例如，通过脱氧胆酸钠非共价改性氧化石墨烯(J.Phys.D:Appl.Phys.2011，44，445302)；采用硅烷偶联剂改性氧化石墨烯，增加其与橡胶之间的相容性(Polymer，2013，54，1930-1937)；通过自由基引发剂，在氧化石墨烯表面接枝聚乙烯和丙烯酰胺，增强橡胶与氧化石墨烯界面结合(Small，2009，5，82-85)。以上几种方法均需要复杂的改性过程，氧化石墨烯与橡胶间大多没有共价键结合，导致所制备的橡胶复合材料的性能提升幅度较小。

因此，通过更加简单、高效的制备方法，制备得到性能具有大幅提升的橡胶复合材料，仍是目前研究的重要课题。

发明内容

基于此，本发明提供了一种高性能橡胶/氧化石墨烯复合材料及其制备方法，以解决现有技术制备的橡胶复合材料，性能提升幅度较小的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种高性能橡胶/氧化石墨烯复合材料的制备方法，其包括以下步骤：

1)取硫磺加热至119-160℃使其熔融，然后加入乙烯基单体，搅拌反应0-8小时，接着在氩气保护下再加入单取代苯胺，继续搅拌反应1-4小时，其中，硫磺、乙烯基单体和单取代苯胺的质量百分比为50-70％：0-30％：20-50％；

2)待步骤1)反应结束后，将反应物溶解于四氢呋喃中，过滤除去未反应的硫磺，再将过滤后的溶液倒入乙醇中，得到纯化的含氨基聚硫；

3)取生胶、氧化石墨烯母胶、防老剂和步骤2)制备的含氨基聚硫，按生胶与氧化石墨烯母胶的质量比为100:26.25-150，含氨基聚硫占氧化石墨烯母胶含量的1-20wt％的配比在密炼机中进行一段混炼，混炼时间为3-10分钟，温度为100～170℃，得到混炼胶；

4)将混炼胶放入开炼机并加入硫化包，加入硫化包后的混炼胶停放24-48小时后，通过热压硫化制备得到高性能的橡胶/氧化石墨烯复合材料。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述氧化石墨烯母胶通过以下方法制备：

取氧化石墨烯水溶液和橡胶乳液，按氧化石墨烯为橡胶乳液中橡胶质量的5-20wt％将氧化石墨烯水溶液滴加到橡胶乳液中搅拌混合均匀，然后滴加浓度为1～5wt％的氯化钙水溶液使橡胶与氧化石墨烯的混合液絮凝、沉降，接着采用去离子水洗涤絮凝物两次，干燥，得到氧化石墨烯母胶。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述橡胶乳液为天然胶乳、丁腈胶乳或丁苯胶乳中的一种。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述步骤S1在装有机械搅拌的三口烧瓶中进行。