[发明专利]双官能化聚丁二烯橡胶/氧化石墨烯复合材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种双官能化聚丁二烯橡胶/氧化石墨烯复合材料及制备方法，所述双官能化聚丁二烯橡胶的官能基团为胺基和硅氧烷基，所述复合材料为双官能化聚丁二烯橡胶与氧化石墨烯通过胺基与羧基的脱水缩合反应产物。本发明的双官能化聚丁二烯橡胶/氧化石墨烯复合材料，将双官能化聚丁二烯橡胶与氧化石墨烯进行脱水缩合反应，解决了氧化石墨烯在聚丁二烯橡胶中分散性不好的问题，同时提高了复合材料的力学强度。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种双官能化聚丁二烯橡胶/氧化石墨烯复合材料及制备方法。

背景技术

聚丁二烯橡胶是以丁二烯为聚合单体，以有机锂化合物为引发剂，用醚胺类等极性有机化合物作为调控聚合链微观结构调节剂，于脂肪烃有机溶剂中通过阴离子溶液聚合反应得到的一种聚合物。由于其优异的高弹性、耐寒性和耐磨损性能，主要用于制造轮胎，也可用于制造胶鞋、胶带、胶辊等耐磨性制品。

与其它种类橡胶相同，聚丁二烯橡胶在使用过程中也需要填料作配合剂，补强填料用于橡胶，不仅能提高橡胶制品的强度，而且能够改善胶料的加工性能，并赋予制品良好的耐磨耗、耐撕裂、耐热、耐寒、耐油等多种性能，可延长橡胶的使用寿命。用于聚丁二烯橡胶的补强填料通常包括炭黑、白炭黑、炭黑/白炭黑双相填充剂、石墨烯、改性高岭土、粉煤灰型橡胶补强剂和凹凸棒改性粘土等。

针对不同橡胶基体的性质，选择适合的补强填料，以及有效的聚合工艺，是非常重要的手段。例如，氧化石墨烯是石墨烯的一种衍生物，具备优异的力学性能和导电性能，也可以用作补强剂添加到聚丁二烯橡胶中以期提高橡胶的力学性能或电学性能。但是，由于氧化石墨烯的比表面能较大且其表面有很多类似羟基、羧基等极性基团，一般情况下很容易造成团聚，导致其在聚丁二烯橡胶中分散不均匀，难以达到预期效果。如何提升氧化石墨烯在各类橡胶中的分散性，有效发挥氧化石墨烯的效果，本身就是业内的研究课题之一。

发明内容

本发明提供了一种双官能化聚丁二烯橡胶/氧化石墨烯复合材料，解决了氧化石墨烯在聚丁二烯橡胶中分散性不好的问题，同时提高了复合材料的力学强度。

本发明还提供了上述双官能化聚丁二烯橡胶/氧化石墨烯复合材料的制备方法，能够实现氧化石墨烯在聚丁二烯橡胶中的良好分散。

为了实现上述目的，本发明提出的技术方案是：

第一方面，本发明提出一种双官能化聚丁二烯橡胶/氧化石墨烯复合材料，所述双官能化聚丁二烯橡胶的官能基团为胺基和硅氧烷基，所述复合材料为双官能化聚丁二烯橡胶与氧化石墨烯通过胺基与羧基的脱水缩合反应产物。

申请人的研究发现，采用具有胺基和硅氧烷基的双官能化聚丁二烯橡胶作为原料，利用所含的胺基官能基团与氧化石墨烯中的羧基发生脱水缩合反应，能够得到一种具有优异力学性能的复合材料，即，双官能化聚丁二烯橡胶/氧化石墨烯复合材料。机理应该是，双官能化聚丁二烯橡胶与氧化石墨烯能够更稳定地结合，产生更大的界面作用，阻止或破坏了氧化石墨烯极性基团之间的团聚，从而提高了氧化石墨烯在聚丁二烯橡胶中的分散性，同时提高了复合材料的力学性能。该反应机理可以通过图1来反映。

本发明上述的双官能化聚丁二烯橡胶/氧化石墨烯复合材料，还可以具有如下附加的技术特征：

作为本发明的一种实施方式，所述复合材料为双官能化聚丁二烯橡胶与氧化石墨烯在130℃-170℃温度下通过胺基与羧基的脱水缩合反应产物。在 130℃-170℃温度下进行反应，可以避免不必要的副反应的发生，利于保证氧化石墨烯中的羧基与双官能化聚丁二烯橡胶中的胺基能够有效结合。

本发明作为原料之一的具有胺基和硅氧烷基的双官能化聚丁二烯橡胶，相比于聚丁二烯橡胶的结构，二个端基上分别引入了胺基和硅氧烷基，可以商购，也可以选择适当的单体通过聚合反应得到，例如，可以采用金属锂或烷基锂催化剂，使丁二烯单体发生聚合反应过程中同时或分步引入胺基和硅氧烷基，作为具体实施例的合成方法，可以包括以下步骤：