[發明專利]石墨烯量子點/橡膠納米復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201710794364.5
• 申請日: 2017-09-06
• 公開（公告）號: CN107501646B
• 公開（公告）日: 2019-10-15
• 發明（設計）人: 溫世鵬;蘇甜;劉力
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C08L7/02
• 分類號: C08L7/02;C08L7/00;C08L9/08;C08L9/06;C08L9/10;C08L23/08;C08L75/04;C08L11/00;C08L23/22;C08L83/04;C08L23/12;C08K13/02;C08K3/04;C
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

石墨烯量子點/橡膠納米復合材料的制備方法采用溶液復合、乳液復合與機械復合法，本發明實現了石墨烯量子點在橡膠基體中的高度分散且呈現納米尺度分散的相態結構；同時，將界面劑加入到上述石墨烯量子點和橡膠的復合體系中，從而提高了石墨烯量子點與橡膠的界面結合作用。本發明簡單易行，成本低，節約能源，易于工業化，適用面廣。

技術領域

本發明涉及高分散，強界面結合石墨烯量子點、橡膠納米復合材料的制備方法，主要涉及溶液復合法、乳液復合法和機械復合法，制備出高性能的石墨烯量子點/橡膠納米復合材料。

背景技術

近年來，由于石墨烯優異的力學性能，電學性能，導熱性能而越來越受到關注，在橡膠中的應用越來越廣泛，石墨烯作為填料加入橡膠中，使得橡膠的定伸強度、拉伸強度、斷裂伸長率、耐撕裂性能、耐曲撓和生熱、抗裂紋增長、耐磨性能、導電性能、氣體阻隔性能及導熱性能均受到極大的提高，但由于結構完整的石墨烯化學穩定性高，其表面呈惰性狀態，與其他介質的相互作用較弱，并且石墨烯片與片之間有較強的范德華作用力，易聚集，使得其難溶于有機溶劑，而導致石墨烯與橡膠的相容性不好，易團聚，從而限制了石墨烯在橡膠中的應用。因此實現石墨烯在橡膠中的分散，至關重要。

本發明旨在研究在納米尺寸的石墨烯量子點在橡膠基體中的分散性及其性能研究。石墨烯量子點三維方向的尺寸均在10nm以下，厚度方向也在3nm以下。因此石墨烯量子點保留了石墨烯的特點外，還有更強的量子限域效應和邊緣效應，而且石墨烯量子點的衍生物邊緣有大量的羧基和羥基，經過改性以后，與高分子材料具有良好的相容性和界面性能。目前石墨烯量子點已經作為補強填料加入環氧樹脂中，且其補強效果比氧化石墨烯好(Karimi B,Ramezanzadeh B.Journal of Colloid and Interface Science,2017,493:62)但目前能夠實現石墨烯量子點與橡膠高效復合的制備技術尚無報道。

發明內容：

本發明的目的是針對現有技術，提供一種與橡膠進行高效復合的納米填料，實現高分散，強界面結合石墨烯量子點、橡膠納米復合填料的制備方法。這種方法制備得到的復合材料中石墨烯量子點在橡膠基體中能達到高度分散，進而發揮石墨烯量子點納米增強的作用。

本發明提供的是溶液復合法，乳液復合法及機械復合法，制備高分散，強界面結合的石墨烯量子點/橡膠納米復合材料，該技術不僅用于橡膠的高效增強、低滾動阻力、抗濕滑以及高耐磨，還可以為未來制備高導電，高導熱性能的特種材料提供技術基礎。具體的三種制備方式和步驟如下：

方式一、溶液復合法：將石墨烯量子點、界面劑和橡膠分別分散于溶劑中，充分溶解后，將三者的溶液混合；將混合均勻的溶液進一步干燥后得到母膠，然后將母膠和橡膠助劑進行在開煉機或密煉機混合設備中混煉，得到混煉膠；將混煉膠進一步硫化后得到石墨烯量子點/橡膠復合材料。

方式二、乳液復合法：將石墨烯量子點和界面劑分散于水中，然后與橡膠的乳液進行混合；在均勻混合乳液中加入絮凝劑進行絮凝，干燥后得到母膠，然后在開煉機或密煉機上和橡膠助劑進行混煉，得到混煉膠；將混煉膠進一步硫化后得到石墨烯量子點/橡膠復合材料。

方式三、機械復合法：將石墨烯量子點、界面劑、橡膠基體以及橡膠助劑在開煉機或者密煉機混合設備中中進行混合；將混煉膠進一步硫化后的得到石墨烯量子點/橡膠復合材料。

本發明的優勢在于使用石墨烯量子點作為補強填料，石墨烯量子點的尺寸在10nm以下，厚度在3nm以下，長徑比小，這是本發明得以建立的結構基礎之一。石墨烯量子點(如其中的氧化石墨烯量子點)因表面含有大量官能團而具有良好的水溶性和與橡膠良好的相容性，這是本發明得以建立的結構基礎之二。石墨烯量子點表面進行改性，使得石墨烯量子點與橡膠大分子網絡作用力強，從而使得石墨烯量子點分散良好，這是本發明得以建立的結構基礎之三。