[发明专利]石墨烯基抗氧剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及材料制备技术领域，特别是涉及一种石墨烯基抗氧剂及其制备方法和应用。

背景技术

添加抗氧剂是抑制高分子尤其是橡胶材料老化最为有效和简单的方法。但是由于传统的抗氧剂分子量较小，因此存在着热稳定性低、易迁移及耐抽提性差等缺点。这样会引起以下两种不良现象的发生：其一，在高分子材料的加工过程中，抗氧剂会受热而挥发；其二，在高分子材料或其制品的长期贮存、使用或受溶剂作用的过程中，小分子抗氧剂会从材料内部逐渐迁移出表面，从而造成大量的物理损失。这两种现象均会直接导致材料力学性能的大幅下降和使用寿命的明显缩短。此外，抗氧剂由于挥发或迁移而扩散至周围环境中，也会造成环境污染，如食品包装材料中的抗氧剂由于迁移而进入到食物中。

发明内容

基于此，有必要针对传统抗氧剂热稳定性低、易迁移及耐抽提性能差的问题，提供一种石墨烯基抗氧剂及其制备方法和应用。

一种石墨烯基抗氧剂，所述石墨烯基抗氧剂的结构通式为：

式中，为氧化石墨烯；R-为

其中，所述R₁、R₂、R₃及R₄均为烷基。

在其中一个实施方式中，所述R₁、R₂、R₃及R₄为主链碳原子数为1～5的烷基。

在其中一个实施方式中，所述R₁、R₂、R₃及R₄选自甲基、乙基、丙基、叔丁基、叔戊基中的至少一种。

一种石墨烯基抗氧剂的制备方法，包括以下步骤：

采用巯基偶联剂对氧化石墨烯进行表面改性得到改性氧化石墨烯；

将所述改性氧化石墨烯与双酚单丙烯酸酯类化合物在催化剂的作用下进行巯基-烯点击反应得到所述石墨烯基抗氧剂。

在其中一个实施方式中，所述采用巯基偶联剂对氧化石墨烯进行表面改性得到改性氧化石墨烯的步骤具体包括：

将氧化石墨烯在水中分散得到氧化石墨烯分散液；

调节所述氧化石墨烯分散液的pH值为3～5；

再加入所述巯基偶联剂在60℃～80℃下搅拌6h～12h得到所述改性氧化石墨烯。

在其中一个实施方式中，所述巯基-烯点击反应的温度为40℃～70℃；所述巯基-烯点击反应时间为3h～7h。

在其中一个实施方式中，所述氧化石墨烯与所述巯基偶联剂的质量比为1:5～1:20；

及/或，所述改性氧化石墨烯与所述双酚单丙烯酸酯类化合物的质量比为1：1～1:20。

在其中一个实施方式中，所述巯基偶联剂选自3-巯基丙基三乙氧基硅烷和3-巯基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。

及/或，所述双酚单丙烯酸酯类化合物选自2-叔丁基-6-(2-羟基-3-叔丁基-5-甲基苯基)-4-甲基苯基丙烯酸酯和2-[1-(2-羟基-3,5-二叔戊基苯基)乙基]-4,6-二叔戊基苯基丙烯酸酯中的至少一种。

在其中一个实施方式中，所述催化剂选自三乙胺、三亚乙基二胺和二甲基 苄胺中的至少一种。

上述的石墨烯基抗氧剂在橡胶中的应用。

上述石墨烯基抗氧剂将小分子抗氧剂通过化学方法接枝到氧化石墨烯表面制备得到负载型石墨烯基抗氧剂，所制备的石墨烯基抗氧剂结构上具有受阻酚抗氧化基团和与受阻酚具有协同抗氧化作用的硫醚基团，且石墨烯具有独特的抗氧化功能和气体阻隔性能，从而具有良好的抗氧化性能；将小分子抗氧剂接枝在氧化石墨烯表面，氧化石墨烯由于具有良好的热稳定性、结构稳定性和耐迁移性能，从而提高石墨烯基抗氧剂的热稳定性能、耐迁移性能和耐抽提性能。上述石墨烯基抗氧剂的制备方法操作简单，反应时间短，且产率较高。

附图说明

图1为一实施方式的石墨烯基抗氧剂的制备方法的流程图；

图2为图1所示的石墨烯基抗氧剂的制备方法中采用巯基偶联剂对氧化石墨烯进行表面改性的流程图；

图3为实施例1中氧化石墨烯(a)、改性氧化石墨烯(b)及石墨烯基抗氧剂(c)的红外光谱图；

图4为实施例1中所制备的石墨烯基抗氧剂的热重曲线。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式和附图对石墨烯基抗氧剂及其制备方法作进一步的详细说明。

一实施方式的石墨烯基抗氧剂，其结构通式为：

式中，为氧化石墨烯；R-为