[发明专利]石墨烯-卤化丁基橡胶复合材料的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于石墨烯-卤化丁基橡胶复合材料技术领域，具体涉及一种石墨烯-卤化丁基橡胶复合材料的制备方法及该制备方法制备的复合材料的应用。

背景技术

卤化丁基橡胶是应用最为广泛的合成橡胶之一，常被用于制造子午线轮胎气密层、医用瓶塞和其他医疗用品。目前，在国际市场上，埃克森美孚和朗盛的丁基橡胶产品处于垄断地位，生产能力约占世界总生产能力的80％，我国丁基橡胶高端产品少，远远不能满足实际生产需求，特别是卤化丁基橡胶在产量、质量、品种方面急需提升。如用作医药胶塞的溴化丁基橡胶塞在加工合成中，某些补强剂的添加量难以控制，往往会导致胶塞物理性能的不稳定，特别是在穿刺落屑方面，增加了用药的不安全性，因此需要积极开发强度高、无毒性、稳定性好的卤化丁基橡胶新产品。

石墨烯是一种独特的单原子层二维结构材料，高载流子迁移率、导热系数、比表面积、透光率以及优异的力学性能，使其成为一种理想的制备聚合物纳米复合材料的碳材料。石墨烯的杨氏模量可达到1100GPa，断裂强度高达125GPa，将石墨烯与卤化丁基橡胶复合，能有效提高橡胶的力学性能。目前影响石墨烯/卤化丁基橡胶复合的两个关键因素为石墨烯的分散以及与基体界面的相互作用。结构完整的石墨烯表面性质稳定，且层片间有较强的范德华力，由于π-π堆积，易团聚。

发明内容

本发明实施例的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种石墨烯-卤化丁基橡胶复合材料的制备方法，使得制备过程可控，易实施，能有效提高卤化丁基橡胶的力学性能。

本发明实施例的另一目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种石墨烯-卤化丁基橡胶复合材料的制备方法制备得到的复合材料在轮胎和药用胶塞中的应用，提高了该复合材料应用的安全性。

为了实现上述发明的目的，本发明实施例的技术方案如下：

一种石墨烯-卤化丁基橡胶复合材料的制备方法，包括：将表面活性剂加入到氧化石墨烯分散液中反应得到功能化氧化石墨烯分散液；将还原剂加入到所述功能化氧化石墨烯分散液中反应后清洗过滤得到功能化石墨烯沉淀；将所述功能化石墨烯沉淀分散于有机溶剂中得到功能化石墨烯分散液；将所述功能化石墨烯分散液与卤化丁基橡胶胶乳混合均匀得到石墨烯-卤化丁基橡胶悬浮液；将所述石墨烯-卤化丁基橡胶悬浮液固化得到石墨烯-卤化丁基橡胶复合材料。

进一步：所述氧化石墨烯分散液通过将氧化石墨烯在0～100℃的温度下分散到去离子水中得到；其中，所述氧化石墨烯的质量份数为0.1～30份，所述去离子水的质量份数为100～10000份。

进一步：所述将表面活性剂加入到氧化石墨烯分散液中反应的步骤中，所述表面活性剂的质量份数为0.1-60份，反应温度为0～100℃。

进一步：所述表面活性剂选自烷基胺类、烷基醇类、氨基酸类、阳离子表面活性剂类和异氰酸酯类中的至少一种。

进一步：所述将还原剂加入到所述功能化氧化石墨烯分散液中反应的步骤中，所述还原剂的质量份数为1～500份，反应时间为0.5h～50h。

进一步：所述还原剂选自肼、水合肼、二甲肼、维生素C、碘化氢、硼氢化钠、甲醛、乙醛、对苯二酚、对苯二胺、乙二胺和丁二胺中的至少一种。

进一步：所述将所述功能化石墨烯沉淀分散于有机溶剂中的步骤中，所述功能化石墨烯的质量份数为0.5～10000份，所述有机溶剂的质量份数为10～10000份，分散时间为0.5h～5h。

进一步：所述有机溶剂选自二甲基甲酰胺、四氢呋喃、乙醇、环己醇、甲醇、乙二醇、N-甲基吡咯烷酮和二甲基亚砜中的至少一种。

进一步：所述将所述功能化石墨烯分散液与卤化丁基橡胶胶乳混合均匀的步骤中，所述功能化石墨烯分散液的质量份数为10～200份，所述卤化丁基橡胶胶乳的质量份数为10～1000份，所述卤化丁基橡胶胶乳的固含量为5％-90wt％，混合时间为1～30h。

进一步：所述将所述石墨烯-卤化丁基橡胶悬浮液固化的步骤中，温度为10～200℃。

以及，一种如上所述的石墨烯-卤化丁基橡胶复合材料的制备方法制备得到的复合材料在轮胎和药用胶塞中的应用。

本发明具有如下的技术效果：

1、本发明实施例的制备方法通过对石墨烯进行功能化修饰，调节其结构和性能，将其与卤化丁基橡胶复合，使之可以均匀分散于橡胶基体中，并与橡胶形成强界面作用，提高橡胶的力学性能。

2、本发明实施例的制备方法可有效去除氧化石墨烯所携带的官能团以及改性过程中引入的多余添加剂，以增加复合材料的稳定性。