[發(fā)明專利]一種高導(dǎo)電橡膠復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310199334.1
• 申請(qǐng)日: 2013-05-25
• 公開（公告）號(hào): CN103289138A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 寧南英;田明;張祥龍;張立群;鄒華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號(hào): C08L7/00
• 分類號(hào): C08L7/00;C08L9/06;C08L9/02;C08L15/00;C08L13/00;C08K13/06;C08K9/02;C08K3/04
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合型導(dǎo)電聚合物材料制備的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種氧化石墨烯表面鍍銀后填充橡膠復(fù)合材料的制備方法，所得的復(fù)合材料具有很高的導(dǎo)電性以及較低的導(dǎo)電逾滲值，屬于導(dǎo)電橡膠技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

復(fù)合型導(dǎo)電聚合物材料在光電子器件、能源、自控發(fā)熱元件已經(jīng)抗靜電等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。通常的導(dǎo)電型聚合物是將炭黑、石墨或金屬粉等導(dǎo)電填料加入到單相或者多相聚合物中制備出一種具有導(dǎo)電功能的聚合物基復(fù)合材料。隨著導(dǎo)電填料的增加，聚合物復(fù)合材料將發(fā)生從絕緣體向?qū)w的轉(zhuǎn)變，即逾滲現(xiàn)象。為了獲得更高的電導(dǎo)率，通常要在聚合物基體中加入高體積份數(shù)的填料，如炭黑填充的聚合物一般需加5%～20%體積分?jǐn)?shù)的填料。由此不但造成復(fù)合材料在生產(chǎn)過程中加工流動(dòng)性變差，而且導(dǎo)致復(fù)合材料力學(xué)性能下降，生產(chǎn)成本增加。

中國專利申請(qǐng)“一種低壓縮變形高導(dǎo)電橡膠復(fù)合材料及其制備方法”（申請(qǐng)?zhí)?01210077600.9）中以硅橡膠為基體,通過采用顆粒狀和纖維狀鍍金屬導(dǎo)電填料并用填充，雖然制備了高導(dǎo)電橡膠復(fù)合材料，但是填料填充份數(shù)高（110～300份），造成力學(xué)性能下降，生產(chǎn)成本大幅增加。

為了探索和發(fā)展導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料的制備方法，保證在具有良好導(dǎo)電性能前提下減少復(fù)合物中導(dǎo)電填料含量（即降低導(dǎo)電逾滲值）始終是人們關(guān)注的熱點(diǎn)。石墨烯具有出色的力學(xué)性能與電學(xué)性能，可以使用石墨烯填充到橡膠基體中制備導(dǎo)電逾滲值低而且力學(xué)性能優(yōu)異的導(dǎo)電復(fù)合材料。然而，當(dāng)粒子尺寸進(jìn)入納米級(jí)時(shí)，由于納米粒子存在大的比表面積，以及片層間范德華力的作用，石墨烯有不可逆團(tuán)聚的趨勢(shì)，嚴(yán)重限制了石墨烯的導(dǎo)電效果。

中國專利申請(qǐng)“聚合物/石墨烯復(fù)合材料的原位還原制備方法”（申請(qǐng)?zhí)?01010191018.6）中將氧化石墨烯均勻分散在膠乳中原位還原，經(jīng)破乳干燥得到導(dǎo)電橡膠/石墨烯復(fù)合材料，但石墨烯填充份數(shù)仍然在10份以上，石墨烯在橡膠基體中團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重。

對(duì)石墨烯表面進(jìn)行金屬化改性，既可以利用金屬的高導(dǎo)電性進(jìn)一步提高石墨烯的導(dǎo)電性能，又可以起到分離鄰近石墨烯片層,防止發(fā)生團(tuán)聚的作用，可以進(jìn)一步降低導(dǎo)電逾滲值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有導(dǎo)電橡膠復(fù)合材料填料填充份數(shù)高導(dǎo)致加工性能不好、力學(xué)性能下降的問題，使用氧化石墨烯填充，并且為了解決現(xiàn)有氧化石墨烯填充橡膠復(fù)合材料中氧化石墨烯聚集現(xiàn)象嚴(yán)重、導(dǎo)電逾滲值高的問題，而提供一種氧化石墨烯表面鍍銀后與橡膠乳液共混的制備方法，制得高導(dǎo)電率低逾滲閥值的導(dǎo)電性橡膠復(fù)合材料。

本發(fā)明提供的一種高導(dǎo)電橡膠復(fù)合材料，其基本組成和質(zhì)量份數(shù)為：

橡膠基體100份，

導(dǎo)電性填料0.1-5份，

硫化體系1.5～5份

所述的橡膠基體為天然橡膠、丁苯橡膠、丁腈橡膠、氫化丁腈橡膠或羧基丁腈橡膠。

所述橡膠基體采用所述的硫化體系來進(jìn)行交聯(lián)，所述的硫化體系為有機(jī)過氧化物體系或者是硫磺體系。其中，有機(jī)過氧化物體系包含DCP或BPO等有機(jī)過氧化物交聯(lián)劑以及助交聯(lián)劑TAC、TAIC等；硫磺硫化體系包含硫磺及促進(jìn)劑CZ或促進(jìn)劑NS等，本發(fā)明所用的硫化劑、硫化促進(jìn)劑均是橡膠加工領(lǐng)域常用的和公知的。

導(dǎo)電性填料使用表面鍍銀的氧化石墨烯，其具體制備步驟如下：

1)將氧化石墨烯粉末分散在去離子水中水中，質(zhì)量濃度為0.1～0.4mg/mL，使用功率為500～1000W的超聲波超聲30～60min，得到氧化石墨烯的水懸浮體系。

2)通過氨水調(diào)節(jié)PH到6～10，加入多巴胺，在40～60℃下磁力攪拌反應(yīng)4～6h。

3)將步驟2)中制備的表面沉積有聚多巴胺的氧化石墨烯懸浮液置于質(zhì)量濃度為10～30g/L的硝酸銀銀鍍液中，加入質(zhì)量濃度為10～60g/L的葡萄糖溶液，所使用葡萄糖溶液的體積與硝酸銀溶液的相同，室溫下反應(yīng)0.5～2h。

4)在N₂氛圍保護(hù)下熱處理30～60分鐘，溫度為100～160℃，洗滌，過濾，得到鍍銀的氧化石墨烯粉末。

本發(fā)明所用的原始氧化石墨烯是通過Hummers法制備的，片層厚度1～2nm，寬度100～500nm。所用的多巴胺全稱為4-(2-乙胺基)苯-1,2-二醇（英文簡稱為DOPA）原始氧化石墨烯與多巴胺的質(zhì)量比例為1/20～1/50，可保證多巴胺在氧化石墨烯表面的完全沉積。