[發(fā)明專利]一種3D石墨烯納米帶-MXene-橡膠復(fù)合母膠的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911422904.2
• 申請(qǐng)日: 2019-12-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111117005B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 樊志敏;劉宇艷;謝志民;王友善
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué);雙錢(qián)集團(tuán)（江蘇）輪胎有限公司
• 主分類號(hào): C08L7/02
• 分類號(hào): C08L7/02;C08L9/08;C08L83/05;C08L23/22;C08L23/28;C08L11/02;C08K3/04;C08K3/14;C08K3/28;C01B32/19;C01B32/168;C01B32/914;C01B32/921
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

一種3D石墨烯納米帶?MXene?橡膠復(fù)合母膠的制備方法，屬于橡膠納米復(fù)合材料制備領(lǐng)域，具體方案如下：一種3D石墨烯納米帶?MXene?橡膠復(fù)合母膠的制備方法，包括以下步驟：將多壁碳納米管氧化切割使其外管縱向展開(kāi)，而內(nèi)管得到保留，得到3D石墨烯納米帶，然后利用偶聯(lián)劑將其與MXene耦合得到3D石墨烯納米帶?MXene，最后將3D石墨烯納米帶?MXene和橡膠復(fù)合形成所述橡膠復(fù)合母膠。本發(fā)明將兼具有高導(dǎo)電性和表面活性的3D石墨烯納米帶?MXene應(yīng)用到橡膠領(lǐng)域，克服了傳統(tǒng)多壁碳納米管、MXene與橡膠基體結(jié)合性差和難分散的缺點(diǎn)，所制備的復(fù)合母膠具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、阻隔、導(dǎo)熱和力學(xué)強(qiáng)度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于橡膠納米復(fù)合材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種3D石墨烯納米帶-MXene-橡膠復(fù)合母膠的制備方法。

背景技術(shù)

多壁碳納米管是一種可以有效增強(qiáng)橡膠導(dǎo)電性和力學(xué)強(qiáng)度的碳納米填料，目前國(guó)內(nèi)外已可以大規(guī)模批量化生產(chǎn)，其價(jià)格逐漸接近傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)填料。但多壁碳納米管與石墨烯一樣，其表面呈惰性，與橡膠的結(jié)合相容性較差。另外，多壁碳納米管與橡膠復(fù)合時(shí)，僅僅只有其外部表面能與橡膠基體接觸，導(dǎo)致其補(bǔ)強(qiáng)效果并沒(méi)有達(dá)到最佳。此外，多壁碳納米管由于具有較大的縱橫比，極易糾纏在一塊，在普通的密煉和開(kāi)煉中，很難能將其均勻分散于橡膠基體中。

通常，人們利用簡(jiǎn)單的酸化處理技術(shù)對(duì)多壁碳納米管進(jìn)行改性，從而賦予多壁碳納米管表面豐富的含氧官能團(tuán)，進(jìn)而提高其在橡膠或塑料基體中的相容性。但這種酸化處理技術(shù)并沒(méi)能改善其與聚合物可接觸的面積，且酸化處理會(huì)使碳納米管橫向斷裂，導(dǎo)致長(zhǎng)徑比變小，進(jìn)而降低增強(qiáng)聚合物的效果。美國(guó)Rice University的Tour等人率先采用一種氧化切割的方法將多壁碳納米管縱向徹底拉開(kāi)，得到一種條形的石墨烯(Nature,2009,458(7240):872-876)。這種條形的石墨烯稱之為石墨烯納米帶，其繼承了母體多壁碳納米管的高縱橫比，但在制備過(guò)程中會(huì)使用大量氧化劑，會(huì)有大量含氧官能團(tuán)引入致使其電導(dǎo)率下降，并且其在聚合物中依然存在易團(tuán)聚的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了提高橡膠的阻隔性、抗靜電性以及導(dǎo)熱性，本發(fā)明提供一種3D石墨烯納米帶-MXene-橡膠復(fù)合母膠的制備方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

一種3D石墨烯納米帶-MXene-橡膠復(fù)合母膠的制備方法，包括以下步驟：利用氧化法可控切割多壁碳納米管，使其外管部分縱向展開(kāi)，而內(nèi)管得到保留，內(nèi)管為管徑變小的多壁碳納米管，而外管為石墨烯納米帶，即得到3D石墨烯納米帶，然后利用偶聯(lián)劑將3D石墨烯納米帶與MXene耦合，進(jìn)而構(gòu)建出3D石墨烯納米帶-MXene，然后采用膠乳絮凝的方法將3D石墨烯納米帶-MXene和橡膠復(fù)合形成3D石墨烯納米帶-MXene-橡膠復(fù)合母膠。

一種3D石墨烯納米帶-MXene-橡膠復(fù)合母膠的制備方法，具體步驟如下：

步驟一：將3D石墨烯納米帶和MXene分散于水中，在功率為100-200W下進(jìn)行超聲分散10-30min得到混合液A，其中3D石墨烯納米帶和MXene的總質(zhì)量與水的質(zhì)量體積比為1:50-1:10g/mL，所述3D石墨烯納米帶和MXene的質(zhì)量比為1:5-5:1；

步驟二：將固含量為10-40％的橡膠膠乳在水中進(jìn)行稀釋，機(jī)械攪拌處理5-20min得到混合液B；其中橡膠膠乳中的橡膠的質(zhì)量與水的體積比為1:50-4:50g/mL；

步驟三：將混合液A和混合液B進(jìn)行混合并加入偶聯(lián)劑，隨后機(jī)械攪拌處理10-30min，形成均勻的混合液C，其中偶聯(lián)劑占3D石墨烯納米帶和MXene總質(zhì)量的2～25％；

步驟四：將混合液C倒入絮凝劑中，所述絮凝劑的濃度為0.1-0.5％，機(jī)械攪拌5-10min，大塊狀的3D石墨烯納米帶-MXene-橡膠復(fù)合物就會(huì)在混合液C析出，然后用水對(duì)所得固體進(jìn)行清洗以去除殘留的絮凝劑雜質(zhì)，在80-100℃中烘干便得到3D石墨烯納米帶-MXene-橡膠復(fù)合母膠。