[发明专利]一种含氧化石墨烯的高性能XNBR橡胶硫化胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于橡胶类聚合物复合材料制备技术领域，特别是一种含单片层结构氧化石墨烯的高力学性能和高导热性能的羧基丁腈橡胶（XNBR）的橡胶硫化胶及其制备方法。

背景技术

石墨烯是由sp²杂化的碳原子组成的单原子层的二维(2D)周期蜂窝状点阵结构，具有独特的力学性能（杨氏模量和极限强度分别高达1TPa和130GPa）、导电性能（电导率高达10⁶S/m）、导热性能（热导率高达5000W/mK），但是石墨烯的制备困难。

氧化石墨烯（Graphene Oxide）的制备简单，是由鳞片石墨通过强氧化剂氧化，在石墨片层表面引入极性基团，撑开石墨片层而得到的二维片层材料，其表面含有羟基、羧基和环氧基等含氧官能团，与石墨烯相比，仅仅是sp²杂化结构遭到破坏，因此其仍然具有较高的力学性能（极限强度65GPa）和导热性能。氧化石墨烯制备方便，价格低廉，原料易得，有望成为聚合物纳米复合材料的优质填料。

目前制备氧化石墨烯/橡胶纳米复合材料的方法主要有：溶液共混法和乳液共混法。如Bai等采用溶液共混法制备了氧化石墨烯-氢化丁腈橡胶复合材料（Carbon,2011,49(5):1608-1613.），研究了氧化石墨烯对氢化丁腈橡胶补强性能的影响，当氧化石墨烯的用量达到0.44%（体积比）（重量百分比1%）时，氢化丁腈/GO硫化胶的拉伸强度达到最大值，比不加填料增加了51%。这种溶液共混法需要大量的溶剂，成本高，环境污染大。乳液共混法是一种绿色简单的方法，已经由一些报道采用乳液共混法制备氧化石墨烯/橡胶纳米复合材料，例如夏和生等把氧化石墨烯分散在聚合物胶乳中，在胶乳中引入还原剂进行原位还原氧化石墨烯，再经过破乳、凝聚、干燥得到石墨烯/聚合物复合材料（夏和生，战艳虎，费国霞，伍金奎，闫宁。中国专利，申请号201010191018.6），吴锦荣在夏和生等方法的基础上进行了改进，把氧化石墨烯的水溶液与胶乳共混，混合均匀后破乳，形成氧化石墨烯/聚合物悬浮液，加入还原剂进行原位还原氧化石墨烯，再经过过滤干燥得到石墨烯/聚合物复合材料（吴锦荣，黄光速，李辉，翁更生，吴思多，刘玉峰，中国专利，申请号201110057404.0）.上述技术中均需要将氧化石墨烯还原成石墨烯，反应步骤变多，成本增加。也有人直接将氧化石墨烯添加到橡胶胶乳中，过破乳、凝聚、干燥得到氧化石墨烯/天然橡胶复合材料，如吴锦荣将氧化石墨烯直接加入天然橡胶胶乳中制备了氧化石墨烯/天然橡胶复合材料（吴锦荣，李辉，吴思多，刘玉峰，黄光速。2011年全国高分子学术论文报告会，P1-3），研究了氧化石墨烯对天然橡胶补强性能的影响，发现添加氧化石墨烯后，天然橡胶的力学性能比不添加最高可以增加40%，在此文摘中只是言及对性能的影响，但如何制备、其性能参数指标等并未进行说明。上述几种方法均没有提及在羧基丁腈橡胶中的应用效果，实验过程中将上述几种方法用在羧基丁腈橡胶，均没有取得好的实施效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高导热性能和高补强性能的含氧化石墨烯的XNBR橡胶硫化胶及其制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种含氧化石墨烯的高性能XNBR橡胶硫化胶及其制备方法，由以下步骤制备而得：将氧化石墨加入表面改性剂进行超声剥离，通过离心分离，得到表面改性的单片层氧化石墨烯，将该单片层氧化石墨烯与XNBR橡胶胶乳进行混合后，先后加入防老剂、絮凝剂通过共凝聚法制备了橡胶混合物，通过加入硫化剂硫化加工，即可得到含氧化石墨烯的高力学性能和高导热性能的XNBR橡胶硫化胶。