[發(fā)明專利]一種改性石墨烯在并用橡膠中的應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910164538.9
• 申請(qǐng)日: 2019-03-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109942908A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳勇軍;羅遠(yuǎn)芳;董煥煥;鐘邦超;白潔;賈德民
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C08L7/00
• 分類號(hào): C08L7/00;C08L9/06;C08K9/04;C08K3/04
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;馮振寧

本發(fā)明公開(kāi)了一種改性石墨烯在并用橡膠中的應(yīng)用。該應(yīng)用是先將石墨烯經(jīng)促進(jìn)劑改性后，使用預(yù)先混合均勻的兩種液態(tài)膠乳與改性石墨烯在水中的分散液進(jìn)行混合，混合均勻后加乙醇使之絮凝，然后真空干燥后進(jìn)行混煉、硫化得到石墨烯/橡膠復(fù)合材料。本發(fā)明的方法能夠改善促進(jìn)劑改性的石墨烯在并用橡膠基體中分散良好，結(jié)果表明改性的石墨烯與橡膠基體界面結(jié)合更好，而且與添加未改性石墨烯的并用橡膠復(fù)合材料相比，添加改性石墨烯的并用橡膠復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度更高、扯斷伸長(zhǎng)率更大、導(dǎo)熱性更好、抗?jié)窕阅芨茫纱酥苽涑龅妮喬グ踩愿撸湓凇熬G色輪胎”中具有較好的應(yīng)用前景。因此，本發(fā)明在高性能橡膠復(fù)合材料開(kāi)發(fā)領(lǐng)域均具有良好的應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及橡膠領(lǐng)域，具體涉及一種改性石墨烯在并用橡膠中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

作為彈性高分子材料，橡膠常被用于交通運(yùn)輸、建筑、機(jī)械、醫(yī)療器械、電子等領(lǐng)域，其不但可用作為日常生活中的各類常用產(chǎn)品，也為各行各業(yè)提供橡膠類零部件。但橡膠行業(yè)也存在著環(huán)境污染、資源浪費(fèi)、創(chuàng)新遇到瓶頸等問(wèn)題。當(dāng)前我國(guó)工業(yè)的發(fā)展、產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)也對(duì)橡膠的性能提出了更高的要求。

橡膠并用能使橡膠中好的性能發(fā)揮出來(lái)達(dá)到我們所需的性能要求，并且能夠大幅度地降低生產(chǎn)的成本。橡膠/橡膠共混物(或稱并用橡膠)常用于輪胎和各種橡膠制品，其中非極性橡膠的共混物常用于輪胎工業(yè)，特別是二十世紀(jì)九十年代發(fā)展起來(lái)的兼具低滾動(dòng)阻力、高抗?jié)窕浴⒏吣湍バ缘葍?yōu)良綜合性能的綠色輪胎，往往采用天然橡膠、丁苯橡膠和順丁橡膠的共混物的硫化膠作為胎面橡膠材料。高性能并用橡膠納米復(fù)合材料是當(dāng)前橡膠工業(yè)的一個(gè)重要發(fā)展方向，石墨烯是一種綜合性能優(yōu)異的新型橡膠納米填料。

石墨烯是單片層碳原子緊密堆積組成的蜂窩狀二維材料，石墨烯的理論厚度大約為0.35nm，是目前發(fā)現(xiàn)的最薄的二維材料，也是到目前唯一存在的一種二維自由態(tài)原子晶體。石墨烯一經(jīng)發(fā)現(xiàn)就被預(yù)測(cè)其可能會(huì)在諸多領(lǐng)域引發(fā)革命性的變化。石墨烯具有優(yōu)異的綜合性能，其是目前為止人類發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)度最高的材料之一，同時(shí)其還有良好的韌性，理論上其楊氏模量可達(dá)到110GPa左右。完美無(wú)缺的單片層石墨烯是目前發(fā)現(xiàn)的導(dǎo)熱系數(shù)最高的碳材料(其導(dǎo)熱系數(shù)為5000W/mK左右)。當(dāng)作為載體時(shí)，石墨烯的導(dǎo)熱系數(shù)能夠達(dá)到600W/mK左右。作為一種沒(méi)有能隙的半導(dǎo)體，石墨烯在室溫條件下的載流子遷移率可達(dá)到15000cm²·V^-1·s^-1左右。此外，石墨烯還具有超大的比表面積(約為2630m²/g)。因此石墨烯優(yōu)異的綜合性能使其可以作為橡膠的理想填料。氧化還原法是當(dāng)前大規(guī)模制備石墨烯的最主要的方法之一。然而，這種方法制備出的石墨烯容易團(tuán)聚且與橡膠之間的界面結(jié)合作用弱。因此，為了獲得高性能石墨烯橡膠復(fù)合材料，常需要對(duì)石墨烯進(jìn)行改性。另一方面，低分子量的橡膠助劑容易從橡膠基體中遷移和揮發(fā)出來(lái)，降低了橡膠助劑的作用效率，且污染環(huán)境。為了克服傳統(tǒng)橡膠助劑的缺點(diǎn)，并開(kāi)發(fā)出綠色高效的氧化石墨烯還原劑和改性劑用以制備有機(jī)改性的石墨烯從而獲得高性能石墨烯橡膠復(fù)合材料。

當(dāng)前，我國(guó)輪胎產(chǎn)銷量雖已躍居世界第一，但由于輪胎工業(yè)的基礎(chǔ)和前沿研究不夠，技術(shù)上缺乏創(chuàng)新，在輪胎生產(chǎn)技術(shù)方面與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在較大差距，國(guó)內(nèi)輪胎企業(yè)生產(chǎn)的基本上都是中低檔輪胎。因此，無(wú)論是從市場(chǎng)需求，還是從節(jié)能、環(huán)保、安全和耐用的角度來(lái)看，我國(guó)研制兼具低滾動(dòng)阻力、高抗?jié)窕浴⒏吣湍バ缘母咝阅茌喬?“綠色輪胎”)已經(jīng)迫在眉睫，這也是加快發(fā)展我國(guó)輪胎工業(yè)由大變強(qiáng)的必由之路。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種橡膠促進(jìn)劑改性的石墨烯在并用橡膠中的應(yīng)用。本發(fā)明先將石墨烯經(jīng)促進(jìn)劑改性后，使用預(yù)先混合均勻的兩種液態(tài)膠乳與改性石墨烯在水中的分散液進(jìn)行混合，混合均勻后加乙醇溶液使之絮凝，然后真空干燥后進(jìn)行混煉、硫化得到高性能的石墨烯/橡膠復(fù)合材料。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案。

一種改性石墨烯在并用橡膠中的應(yīng)用，包括以下步驟：