[发明专利]耐热氧老化环氧化天然橡胶纳米复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种耐热氧老化环氧化天然橡胶纳米复合材料及其制备方法，属于纳米复合材料技术领域；本发明将硅烷偶联剂接枝到氧化石墨烯表面，再将防老剂分子接枝到氧化石墨烯上，再通过溶液混合方法，将接枝防老剂的氧化石墨烯与环氧化天然橡胶进行复合，得到环氧化天然橡胶纳米复合材料胶料；将胶料混炼硫化后得到环氧化天然橡胶/防老剂改性氧化石墨烯纳米复合材料；使用该方法制备的环氧化天然橡胶纳米复合材料的抗热氧老化性能得到显著改善，同时提高材料的交联密度以及防老剂接枝氧化石墨烯在基体中的稳定性，有助于材料抗热氧老化性能的提升。

技术领域

本发明涉及一种耐热氧老化环氧化天然橡胶纳米复合材料及其制备方法，属于纳米复合材料技术领域。

背景技术

二烯烃弹性体暴露于热、氧环境中时，其不饱和双键和活性烯丙基氢容易发生热氧化反应，导致聚合物分子链断裂并形成额外的交联。这些反应会显著减少弹性体材料的机械性能，并最终导致弹性体产品的使用性能下降直至丧失。因此，对二烯弹性体进行防热氧老化设计以延长使用寿命在工业界具有重要的意义。

为了提高橡胶制品的抗热氧老化性能，延长其使用寿命，需要在橡胶制备过程中添加小分子防老剂。但是在高温下或者常温长时间的使用过程中，这些小分子防老剂会从橡胶内部扩散出来进而挥发到空气中，从而造成防老剂的损失。这些溢出的防老剂会对人体产生危害，对环境造成污染，同时橡胶制品的抗热氧老化性能也会随之下降，因此在实际生产过程中小分子防老剂的使用常常会受到限制。

为了提高橡胶的使用寿命同时符合环境保护的要求，目前还有研究人员对防老剂进行改性而采用较为复杂的分子设计及化学反应，成本较高，或在反应的过程中需要用到催化剂，安全成本较高。

发明内容

本发明的目的克服现有技术中存在的缺陷之一，制备耐热氧老化性能及力学性能优异的环氧化天然橡胶纳米复合材料，使材料在满足工业应用对橡胶材料力学性能及抗热氧老化性能需要的同时，也满足社会对材料可持续发展及绿色环保的要求。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明首先提供一种耐热氧老化环氧化天然橡胶纳米复合材料，所述材料利用防老剂分子接枝石墨烯所填充，一方面可以防止防老剂分子的析出，阻碍氧气分子在材料中的扩散，从而避免出现防老剂析出所引起的环境污染问题，因此具有优异的抗热氧老化性能；另一方面，石墨烯可以对橡胶基体起到填充作用，增强其力学强度。此外，制备所述材料的原料均污染小，对人体危害小，适合于工业化生产。

本发明还提供一种耐热氧老化环氧化天然橡胶纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）用强酸氧化制备得到氧化石墨烯；

（2）然后将硅烷偶联剂接枝到氧化石墨烯表面得到改性的氧化石墨烯，再将改性的氧化石墨烯与防老剂小分子搅拌混合得到防老剂接枝的氧化石墨烯；

所述的改性氧化石墨烯的制备方法如下：氧化石墨烯与N,N-二甲基甲酰胺混合，再加入硅烷偶联剂混合，反应完成后清洗，冷冻干燥后得到改性的氧化石墨烯。

其中，所述氧化石墨烯与N,N-二甲基甲酰胺的用量为0.5-0.75g:100-200mL；

所述硅烷偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，所述氧化石墨烯与硅烷偶联剂的质量比为0.5-0.75g:1.5-2.0；

所述反应的条件为：在搅拌条件下，90-95℃反应7-8h；

所述硅烷偶联剂分子中需包含分别能够与氧化石墨烯表面基团及防老剂分子进行化学反应的基团，且反应活性较高，无需催化剂。因此制备过程相对简单，污染小，适合工业化生产。