CN106117649A - 一种改性纳米复合橡胶材料及其制备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及材料技术领域，具体公开了一种改性纳米复合橡胶材料，质量份为100份的橡胶和0.1～5份作为填料的纳米材料；所述纳米材料选自氧化石墨烯、改性白石墨烯、改性石墨烯中的一种，层数为5～10层。本发明将石墨烯、白石墨烯经表面改性后以填料的方式加入到橡胶中，而氧化石墨烯本身含有丰富的官能团，保证了纳米材料在橡胶中的良好分散；改性石墨烯、氧化石墨烯或改性白石墨烯有良好的隔离气体的性能和高的强度，少量添加即能大幅度提高橡胶的阻隔性能和机械强度而其他性能不受影响；本发明的纳米改性橡胶复合材料制备工艺简单、生产成本低、无环境污染，易于实现大规模的工业化生产。

Description

一种改性纳米复合橡胶材料及其制备

技术领域

本发明涉及材料技术领域，具体涉及一种改性纳米复合橡胶材料及其制备。

背景技术

橡胶是一种有弹性的聚合物，作为一种重要的战略性物资，广泛应用于高新技术、国民经济和国防军工等领域。近年来橡胶工业的迅速发展对橡胶制品提出了更高的要求，橡胶材料必须向着精细化、功能化和多元化的方向发展，而传统的橡胶制品存在耐候耐摩擦性能低、易龟裂、拉伸强度低、气体阻隔性能差等缺陷，已不能满足迅速发展的需求。橡胶改性是提高材料性能的有效途径，而纳米材料氧化石墨烯、石墨烯和白石墨烯以其独特的分子结构及特性在增强橡胶功能化方面极具应用潜力。目前亟待解决纳米材料/橡胶复合材料的两个关键问题是纳米材料的分散以及与基体界面的相互作用。

发明内容

有鉴于此，有必要针对上述的问题，提供一种以纳米材料为填料，并分散在橡胶中，以增强橡胶的强度、耐磨性及气体阻隔性能的改性纳米复合橡胶材料及其制备。

本发明的改性纳米复合橡胶材料，包括：质量份为100份的橡胶和0.1～5份作为填料的纳米材料；

所述纳米材料选自氧化石墨烯、改性白石墨烯、改性石墨烯中的一种，层数为5～10层。

进一步的，所述橡胶选自天然橡胶、ABS橡胶、氯丁橡胶、聚氨酯橡胶、硅橡胶、顺丁橡胶、丁基橡胶、异戊橡胶、丁戊橡胶、乙丙橡胶中的至少一种。

本发明的改性纳米复合橡胶材料的其制备，包括：

步骤1)改性纳米材料的制备：将5-10层的石墨烯或白石墨烯用表面活性剂处理，得到改性纳米材料粉体；

步骤2)将橡胶、氧化石墨烯或步骤1)得到的改性纳米材料粉体在开炼机或密炼机中进行混炼均匀，得到橡胶复合材料。

进一步的，步骤1)所述表面活性剂处理方式为在质量浓度为0.1％的表面活性剂的水溶液浸泡24h，50℃真空干燥48h。

进一步的，步骤1)处理所述石墨烯的表面活性剂包括十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯醇、木质素磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙烯吡咯烷酮等中的一种；处理所述白石墨烯的表面活性剂包括长链路易斯碱、长链路易斯酸、季铵化物、磺酸化物、非离子型表面活性剂中的一种。

进一步的，所述长链路易斯碱为胺类；所述长链路易斯酸为硼烷类；所述季铵化物为烷基三甲基季铵盐、烷基二甲基苄基季铵盐、二烷基二甲基季铵盐中的一种；所述磺酸化物为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、木质素磺酸钠、甘胆酸钠中的一种；所述非离子型表面活性剂为聚醚、聚酯、聚乙烯醇、纤维素衍生物中的一种。

本发明的有益效果为：

(1)将石墨烯、白石墨烯经表面改性后以填料的方式加入到橡胶中，而氧化石墨烯本身含有丰富的官能团，保证了纳米材料在橡胶中的良好分散；

(2)改性石墨烯、氧化石墨烯或改性白石墨烯有良好的隔离气体的性能和高的强度，少量添加即能大幅度提高橡胶的阻隔性能和机械强度而其他性能不受影响；

(3)本发明的橡胶复合材料制备工艺简单、生产成本低、无环境污染，易于实现大规模的工业化生产。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案作进一步清楚、完整地描述。需要说明的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

步骤1)改性石墨烯的制备：将5-10层的石墨烯用质量浓度为0.1％的十二烷基磺酸钠溶液浸泡24h，50℃真空干燥48h，得到改性石墨烯。

步骤2)将100份天然橡胶、0.75份步骤1)得到的改性石墨烯加入到密炼机中混炼均匀，得到改性石墨烯和天然橡胶的复合材料。

实施例2

步骤1)改性石墨烯的制备：将5-10层的石墨烯用质量浓度为0.1％的聚乙烯吡咯烷酮水溶液浸泡24h，50℃真空干燥48h，得到改性石墨烯。

步骤2)将100份氟橡胶、1.5份步骤1)得到的改性石墨烯加入密炼机中混炼均匀，得到改性石墨烯和氟橡胶的复合材料。

实施例3

步骤1)改性白石墨烯的制备：将5-10层的白石墨烯用质量浓度为0.1％的长链硼烷水溶液浸泡24h，50℃真空干燥48h，得到改性白石墨烯。

步骤2)将100份天然橡胶、0.75份步骤1)得到的改性白石墨烯加入密炼机中混炼均匀，得到改性白石墨烯和天然橡胶的复合材料。

实施例4

步骤1)改性白石墨烯的制备：将5-10层的白石墨烯用质量浓度为0.1％的油胺水溶液浸泡24h，50℃真空干燥48h，得到改性白石墨烯。

步骤2)将100份异戊橡胶、1.5份步骤1)得到的改性白石墨烯加入密炼机中混炼均匀，得到改性白石墨烯和异戊橡胶的复合材料。

实施例5：

将100份天然橡胶、0.75份氧化石墨烯加入到密炼机中混炼均匀，得到氧化石墨烯和天然橡胶的复合材料。

实施例6：

将100份丁苯橡胶、1.5份氧化石墨烯加入到密炼机中混炼均匀，得到氧化石墨烯和丁苯橡胶的复合材料。

对比例1为市售天然橡胶，购自上海昱库化工科技有限公司。

表1中为对比例1市售天然橡胶、实施例1-6中所制备得到的橡胶复合材料的性能参数：

表1对比例1市售天然橡胶、实施例1-6所得橡胶复合材料的性能

从上表可知，本发明的制备方法可以大幅度提高纳米改性橡胶复合材料阻隔性能和机械强度。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种改性纳米复合橡胶材料，其特征在于，包括：质量份为100份的橡胶和0.1～5份作为填料的纳米材料；

所述纳米材料选自氧化石墨烯、改性白石墨烯、改性石墨烯中的一种，层数为5～10层。

2.根据权利要求1所述的改性纳米复合橡胶材料，其特征在于，所述橡胶选自天然橡胶、ABS橡胶、氯丁橡胶、聚氨酯橡胶、硅橡胶、顺丁橡胶、丁基橡胶、异戊橡胶、丁戊橡胶、乙丙橡胶中的至少一种。

3.一种权利要求1所述的改性纳米复合橡胶材料的制备方法，其特征在于，包括：

步骤1)改性纳米材料的制备：将5-10层的石墨烯或白石墨烯用表面活性剂处理，得到改性纳米材料粉体；

步骤2)将橡胶、氧化石墨烯或步骤1)得到的改性纳米材料粉体在开炼机或密炼机中进行混炼均匀，得到橡胶复合材料。

4.根据权利要求3所述的改性纳米复合橡胶材料的制备方法，其特征在于，,步骤1)所述表面活性剂处理方式为在质量浓度为0.1％的表面活性剂的水溶液浸泡24h，50℃真空干燥48h。

5.根据权利要求3所述的改性纳米复合橡胶材料的制备方法，其特征在于，步骤1)处理所述石墨烯的表面活性剂包括十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯醇、木质素磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙烯吡咯烷酮等中的一种；处理所述白石墨烯的表面活性剂包括长链路易斯碱、长链路易斯酸、季铵化物、磺酸化物、非离子型表面活性剂中的一种。

6.根据权利要求5所述的改性纳米复合橡胶材料的制备方法，其特征在于，所述长链路易斯碱为胺类；所述长链路易斯酸为硼烷类；所述季铵化物为烷基三甲基季铵盐、烷基二甲基苄基季铵盐、二烷基二甲基季铵盐中的一种；所述磺酸化物为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、木质素磺酸钠、甘胆酸钠中的一种；所述非离子型表面活性剂为聚醚、聚酯、聚乙烯醇、纤维素衍生物中的一种。