[發明專利]一種基于噴霧干燥及熱壓硫化相結合制備石墨烯/橡膠復合材料的方法

有效

• 申請號: 201710299816.2
• 申請日: 2017-04-28
• 公開（公告）號: CN107129613B
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發明（設計）人: 李瑩;林在山;徐帆;赫曉東;李宜彬
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C08L21/00
• 分類號: C08L21/00;C08L9/08;C08K13/06;C08K9/04;C08K7/24;C08K3/06;C08K5/09;C08K3/22;C08K5/47;C08J3/12;C08J3/215;B29C35/02
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 張金珠

一種基于噴霧干燥及熱壓硫化相結合制備石墨烯/橡膠復合材料的方法，屬于石墨烯/橡膠復合材料技術領域。本發明要解決現有石墨烯/橡膠復合材料存在無法使用無環境壓力的原始石墨烯為填充物，用簡單的工藝流程均勻分散到非極性橡膠中的問題。方法：一、配制石墨烯分散液；二、配制石墨烯?橡膠乳液；三、噴霧干燥法制備石墨烯/橡膠復合材料粉末；四、平板熱壓硫化石墨烯/橡膠復合材料。本發明能夠利用無污染的原始石墨烯為原料，均勻分散到非極性橡膠基體中，可廣泛地應用于工業生產中。

技術領域

本發明屬于石墨烯/橡膠復合材料技術領域；具體涉及一種基于噴霧干燥及熱壓硫化相結合制備石墨烯/橡膠復合材料的方法。

背景技術

眾所周知，高分子橡膠是一種戰略上重要的材料。為了擴展實用范圍，通過往橡膠中插入納米尺寸的填充物來提高純橡膠較弱的機械性能是一種最常使用的方法。炭黑和硅是在橡膠工業中最廣泛使用的傳統填充物。而近幾年來，石墨烯作為一種新型填充材料，憑借其高比表面積、優秀的機械性質，高電子遷移率、高導熱率和氣體不滲透性等優異性能引起了廣泛關注。石墨烯被定義為僅由單層碳原子緊密堆積成的二維蜂窩狀點陣結構，每個碳原子和相鄰的三個碳原子形成共價鍵，獨特的二維晶體結構決定了其具有優異的電學、力學和熱學性能。石墨烯具有自由電子在石墨烯上的傳輸不易發生散射，電子遷移率可以達到2×10⁵cm/V·s，是硅中電子遷移率的一百多倍；其電導率高達10⁶S/m，是室溫下絕佳的導電材料。石墨烯彈性模量高達1TPa，斷裂強度為125GPa，室溫熱導率為5.3×10³W/m·K，比表面積為2630m²/g。相比于其他納米填充物，石墨烯能夠賦予橡膠復合材料更低的導電滲透閾、更高的導電性和更加優異的機械性能。

在交聯的橡膠基體中填充連續的石墨烯導電網絡一直是發展高導電聚合材料面臨的巨大挑戰。雖然近幾年已經報道了各種各樣制備石墨烯填充的彈性納米復合材料的方法，采用溶液混合法，能夠將石墨烯均勻地分散在天然橡膠乳液、丁苯膠乳和異丁基橡膠中，并提高其機械和阻氣性能。與溶液混合法相比，直接的機械混合難以將石墨烯均勻分散，但能實現大量生產，得到復合材料也具有較好的機械性能。乳液混合法能融合上述兩種方法的優點，不僅產率高而且綠色環保，并能夠均勻分散石墨烯材料在橡膠基體中。但目前這些方法都受石墨烯表面官能團的限制，由于石墨烯本身的惰性及缺陷少，很難實現和橡膠分子的相互作用而有效連接在一起，所以傳統方法中使用的都是氧化石墨烯或還原石墨烯，借助于表面的含氧官能團或是還原后的缺陷點來將石墨烯和橡膠顆粒交聯在一起。這種方法在對石墨烯進行氧化或還原時通常使用的都是硫酸、磷酸、高錳酸鉀、水合肼等試劑，給環境帶來了極大的污染。而且，這種方法也限制了使用的橡膠必須為極性橡膠，對表面缺少官能團的非極性橡膠也難以實現石墨烯在基體中的均勻分散。

綜上所述，現有石墨烯/橡膠復合材料存在無法使用無環境壓力的原始石墨烯為填充物，使用簡單的工藝流程均勻分散到非極性橡膠中的問題。

發明內容

本發明要解決現有石墨烯/橡膠復合材料受石墨烯原料限制、石墨烯在橡膠基體中均勻分散的問題，提供一種基于噴霧干燥及熱壓硫化相結合制備石墨烯/橡膠復合材料的方法。

一種基于噴霧干燥及熱壓硫化相結合制備石墨烯/橡膠復合材料的方法，具體是按照以下步驟進行的：

步驟一、按每毫升去離子水加入0.1～100mg石墨烯配比將石墨烯加入去離子水中并攪拌均勻，并在頻率為10KHz～100KHz下超聲處理20min～60min，得到石墨烯分散液；

步驟二、按10-500mL水中加入100g橡膠、1-10g硫化劑、0.1-15g促進劑份、0-100g補強劑、0.5-10g防老劑、0-50g軟化劑、1-20g活性劑、0.5-50g發泡劑、0-50g偶聯劑配比將橡膠、硫化劑、促進劑份、補強劑、防老劑、軟化劑、活性劑、發泡劑、偶聯劑加入水到中，攪拌10-30min，