[發明專利]耐熱氧老化環氧化天然橡膠納米復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201910446465.2
• 申請日: 2019-05-27
• 公開（公告）號: CN110283369A
• 公開（公告）日: 2019-09-27
• 發明（設計）人: 顧周洲;聶儀晶;周志平;魏雅
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C08L15/00
• 分類號: C08L15/00;C08K13/06;C08K9/06;C08K3/04;C08K9/04;C08K3/06;C08K5/09;C08K3/22;C08J3/215
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本發明涉及一種耐熱氧老化環氧化天然橡膠納米復合材料及其制備方法，屬于納米復合材料技術領域；本發明將硅烷偶聯劑接枝到氧化石墨烯表面，再將防老劑分子接枝到氧化石墨烯上，再通過溶液混合方法，將接枝防老劑的氧化石墨烯與環氧化天然橡膠進行復合，得到環氧化天然橡膠納米復合材料膠料；將膠料混煉硫化后得到環氧化天然橡膠/防老劑改性氧化石墨烯納米復合材料；使用該方法制備的環氧化天然橡膠納米復合材料的抗熱氧老化性能得到顯著改善，同時提高材料的交聯密度以及防老劑接枝氧化石墨烯在基體中的穩定性，有助于材料抗熱氧老化性能的提升。

技術領域

本發明涉及一種耐熱氧老化環氧化天然橡膠納米復合材料及其制備方法，屬于納米復合材料技術領域。

背景技術

二烯烴彈性體暴露于熱、氧環境中時，其不飽和雙鍵和活性烯丙基氫容易發生熱氧化反應，導致聚合物分子鏈斷裂并形成額外的交聯。這些反應會顯著減少彈性體材料的機械性能，并最終導致彈性體產品的使用性能下降直至喪失。因此，對二烯彈性體進行防熱氧老化設計以延長使用壽命在工業界具有重要的意義。

為了提高橡膠制品的抗熱氧老化性能，延長其使用壽命，需要在橡膠制備過程中添加小分子防老劑。但是在高溫下或者常溫長時間的使用過程中，這些小分子防老劑會從橡膠內部擴散出來進而揮發到空氣中，從而造成防老劑的損失。這些溢出的防老劑會對人體產生危害，對環境造成污染，同時橡膠制品的抗熱氧老化性能也會隨之下降，因此在實際生產過程中小分子防老劑的使用常常會受到限制。

為了提高橡膠的使用壽命同時符合環境保護的要求，目前還有研究人員對防老劑進行改性而采用較為復雜的分子設計及化學反應，成本較高，或在反應的過程中需要用到催化劑，安全成本較高。

發明內容

本發明的目的克服現有技術中存在的缺陷之一，制備耐熱氧老化性能及力學性能優異的環氧化天然橡膠納米復合材料，使材料在滿足工業應用對橡膠材料力學性能及抗熱氧老化性能需要的同時，也滿足社會對材料可持續發展及綠色環保的要求。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：

本發明首先提供一種耐熱氧老化環氧化天然橡膠納米復合材料，所述材料利用防老劑分子接枝石墨烯所填充，一方面可以防止防老劑分子的析出，阻礙氧氣分子在材料中的擴散，從而避免出現防老劑析出所引起的環境污染問題，因此具有優異的抗熱氧老化性能；另一方面，石墨烯可以對橡膠基體起到填充作用，增強其力學強度。此外，制備所述材料的原料均污染小，對人體危害小，適合于工業化生產。

本發明還提供一種耐熱氧老化環氧化天然橡膠納米復合材料的制備方法，包括如下步驟：

（1）用強酸氧化制備得到氧化石墨烯；

（2）然后將硅烷偶聯劑接枝到氧化石墨烯表面得到改性的氧化石墨烯，再將改性的氧化石墨烯與防老劑小分子攪拌混合得到防老劑接枝的氧化石墨烯；

所述的改性氧化石墨烯的制備方法如下：氧化石墨烯與N,N-二甲基甲酰胺混合，再加入硅烷偶聯劑混合，反應完成后清洗，冷凍干燥后得到改性的氧化石墨烯。

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

所述硅烷偶聯劑為γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，所述氧化石墨烯與硅烷偶聯劑的質量比為0.5-0.75g:1.5-2.0；

所述反應的條件為：在攪拌條件下，90-95℃反應7-8h；

所述硅烷偶聯劑分子中需包含分別能夠與氧化石墨烯表面基團及防老劑分子進行化學反應的基團，且反應活性較高，無需催化劑。因此制備過程相對簡單，污染小，適合工業化生產。