CN107090107A

CN107090107A - 一种石墨烯改性的耐磨橡胶及其制备方法

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Publication number: CN107090107A
Application number: CN201710439171.8A
Authority: CN
Inventors: 王书传; 王诗榕
Original assignee: Quanzhou Letter And Graphene Research Institute Co Ltd
Current assignee: Quanzhou Letter And Graphene Research Institute Co Ltd
Priority date: 2017-06-12
Filing date: 2017-06-12
Publication date: 2017-08-25

Abstract

本发明涉及橡胶技术领域，提供一种石墨烯改性的耐磨橡胶及其制备方法，解决现有技术的橡胶耐磨性能差、耐腐蚀性能差的缺陷，包括以下重量份的各原料：橡胶100～120份、氨基苯甲酸2～5份、二甲基甲酰胺10～16份、石墨烯0.2～0.8份、烷基苯磺酸钠20～50份、阿拉伯胶20～30份、硫化促进剂5～10份、硅烷偶联剂5～10份。

Description

一种石墨烯改性的耐磨橡胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及橡胶技术领域，尤其涉及一种石墨烯改性的耐磨橡胶及其制备方法。

背景技术

磨耗性能是橡胶制品的一项重要指标，例如橡胶轮胎的耐磨性、刹车性和行车效率、密封件的耐磨性等，这些都与材料的失效和安全性密切相关。提高橡胶制品的耐磨性和使用寿命，可以在节约能源等方面带来相当可观的经济效益和社会效益，因此，对橡胶摩擦磨耗的研究已成为当今材料摩擦学研究的热点之一。

汽车的驱动、制动和转弯等操作的顺利完成很大程度上取决于轮胎胎面与道路表面之间产生的摩擦牵引力。与其它固体相比，橡胶的摩擦特性很独特。在常规路面上，轮胎的摩擦因数既可以超过1.0(干燥路面)，又可以低于0.4(湿润路面)；在冰雪覆盖路面上，轮胎的摩擦因数既可以超过2.0(低速、-20℃以下的冷冰面)，也可以低于0.05(近熔点冰面)。为了满足不同时间和受不同污染程度路面上轮胎控制所需最低牵引力的要求，开发具有低滚动阻力、高抗湿滑性和高耐磨性等优异综合性能的全天候轮胎己成为世界各国轮胎业的热点。

2004年英国曼彻斯顿大学的Geim和Novoselov通过胶带剥离高定向石墨获得了独立存在的二维石墨烯(Gra-phene，GN)晶体以来，石墨烯已经成为材料科学领域极受关注的研究热点之一。石墨烯，实际上就是单原子层的石墨，它拥有独特的二维结构和优异的力学、热力学、光学和电学性能，石墨烯是目前世界上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，至吸收2.3％的光，导热系数高达5300W/m·k，高于碳纳米管和金刚石。石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，具有强度高，比表面积大，高化学反应活性，高填充性的特点。

中国专利公布号CN102093607A，公布日2011年6月15日，名称为一种高强度高弹性耐油橡胶，该申请案公开了一种高强度高弹性耐油橡胶，由氢化丁腈橡胶100份、热稳定剂10～20份、增塑剂10～15份、补强剂10～25份、硫化剂1～2份、助交联剂1～5份、过氧化物硫化剂2～5份组成。其不足之处在于，该配方生产出来的橡胶耐热性能、耐油性能效果佳但是其韧性、耐摩擦性能差。

发明内容

因此，针对以上内容，本发明提供一种石墨烯改性的耐磨橡胶及其制备方法，解决现有技术的橡胶耐磨性能差、耐腐蚀性能差的缺陷。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：一种石墨烯改性的耐磨橡胶，包括以下重量份的各原料：橡胶100～120份、氨基苯甲酸2～5份、二甲基甲酰胺10～16份、石墨烯0.2～0.8份、烷基苯磺酸钠20～50份、阿拉伯胶20～30份、硫化促进剂5～10份、硅烷偶联剂5～10份。

进一步的，包括以下重量份的各原料：橡胶100份、氨基苯甲酸5份、二甲基甲酰胺15份、石墨烯0.5份、烷基苯磺酸钠40份、阿拉伯胶22份、硫化促进剂8份、硅烷偶联剂9.5份。

进一步的，包括以下重量份的各原料：橡胶100份、氨基苯甲酸3份、二甲基甲酰胺12份、石墨烯0.5份、烷基苯磺酸钠30份、阿拉伯胶25份、硫化促进剂7份、硅烷偶联剂8份。

进一步的：所述橡胶为经过改性的橡胶，所述经过改性的橡胶包含以下重量份的各原料：合成橡胶100份、聚酰胺蜡微粉10～20份、硅藻土3～5份、抗氧化剂5～10份、邻苯二甲酸酯15～20份、氯化钕5～20份。

进一步的：所述橡胶为丁苯橡胶、异戊橡胶、顺丁橡胶中的任意一种或两种以上以任意比混合的混合物。

一种石墨烯改性的耐磨橡胶的制备方法，包括以下处理步骤：(1)分散石墨烯：将石墨烯与二甲基甲酰胺、烷基苯磺酸钠、阿拉伯胶混合，超声波分散处理30～50min，超声功率为800～1000W，得到分散的石墨烯溶液；(2)改性石墨烯：将改性的石墨烯溶液与氨基苯甲酸混合，搅拌均匀，搅拌时间为45～60min，搅拌速度控制在300～500r/min；(3)添加入橡胶与硅烷偶联剂，继续搅拌混合均匀；(4)在60～70℃、压力为7～10mbar的环境下蒸馏30～40min；(5)加入硫化促进剂，搅拌均匀后送入塑炼机塑炼；(6)混炼；(7)挤出成型；(8)硫化。

进一步的：步骤(3)中的橡胶为改性橡胶，所述改性的橡胶包含以下重量份的各原料：合成橡胶100份、聚酰胺蜡微粉10～20份、硅藻土3～5份、抗氧化剂5～10份、邻苯二甲酸酯15～20份、氯化钕5～20份，所述改性橡胶的制备方法为：将聚酰胺蜡微粉及硅藻土混合，搅拌均匀，搅拌时间为20～30min，搅拌速度控制在600～800r/min，接着讲合成橡胶、抗氧化剂、邻苯二甲酸酯、氯化钕加入其中，搅拌均匀，即得到改性橡胶。

进一步的：所述合成橡胶为丁苯橡胶、异戊橡胶、顺丁橡胶中的任意一种或两种以上以任意比混合的混合物。

通过采用前述技术方案，本发明的有益效果是：本发明的石墨烯改性的耐磨橡胶，采用改性的石墨烯对橡胶进行改性，得到的橡胶耐磨性能、耐腐蚀性能均得到较大的提升。以氨基苯甲酸作为改性石墨烯的主剂，添加二甲基甲酰胺为溶剂，烷基苯磺酸钠、阿拉伯胶为助剂，对石墨烯先进性分散，再进行羧基改性反应，使石墨烯带上羧基官能团，接着再与橡胶结合，同时添加有用于加强各原料之间的相容性的硅烷偶联剂。进一步的，所述合成橡胶为经过改性的橡胶，采用聚酰胺蜡微粉10～20份、硅藻土3～5份、抗氧化剂5～10份、邻苯二甲酸酯15～20份、氯化钕5～20为改性剂，使橡胶的耐腐蚀性得到进一步的提升，也更具抗老化性。

具体实施方式

以下将结合具体实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。

若未特别指明，实施例中所采用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所采用的试剂和产品也均为可商业获得的。所用试剂的来源、商品名以及有必要列出其组成成分者，均在首次出现时标明。

实施例一

一种石墨烯改性的耐磨橡胶，包括以下重量份的各原料：丁苯橡胶66.7、聚酰胺蜡微粉6.7份、硅藻土2份、抗氧化剂3.3份、邻苯二甲酸酯10份、氯化钕11.3份、氨基苯甲酸2份、二甲基甲酰胺10份、石墨烯0.2份、烷基苯磺酸钠20份、阿拉伯胶20份、硫化促进剂5份、硅烷偶联剂5份。

其制备方法，包括以下处理步骤：(1)分散石墨烯：将石墨烯与二甲基甲酰胺、烷基苯磺酸钠、阿拉伯胶混合，超声波分散处理30min，超声功率为800W，得到分散的石墨烯溶液；(2)改性石墨烯：将改性的石墨烯溶液与氨基苯甲酸混合，搅拌均匀，搅拌时间为45min，搅拌速度控制在300r/min；(3)添加入聚酰胺蜡微粉6.7份、硅藻土2份，混合，搅拌均匀，搅拌时间为20min，搅拌速度控制在800r/min，接着添加入丁苯橡胶66.7、抗氧化剂3.3份、邻苯二甲酸酯10份、氯化钕11.3份与A-172硅烷偶联剂，继续搅拌混合均匀；(4)在60℃、压力为7mbar的环境下蒸馏30min；(5)加入硫化促进剂，搅拌均匀后送入塑炼机塑炼；(6)混炼；(7)挤出成型；(8)硫化。

实施例二

一种石墨烯改性的耐磨橡胶，包括以下重量份的各原料：包括以下重量份的各原料：异戊橡胶66.7份、聚酰胺蜡微粉10份、硅藻土2.7份、抗氧化剂6份、邻苯二甲酸酯10.6份、氯化钕4份、氨基苯甲酸5份、二甲基甲酰胺15份、石墨烯0.5份、烷基苯磺酸钠40份、阿拉伯胶22份、硫化促进剂8份、硅烷偶联剂9.5份。

其制备方法，包括以下处理步骤：(1)分散石墨烯：将石墨烯与二甲基甲酰胺、烷基苯磺酸钠、阿拉伯胶混合，超声波分散处理40min，超声功率为900W，得到分散的石墨烯溶液；(2)改性石墨烯：将改性的石墨烯溶液与氨基苯甲酸混合，搅拌均匀，搅拌时间为50min，搅拌速度控制在400r/min；(3)添加入聚酰胺蜡微粉10份、硅藻土2.7份，混合，搅拌均匀，搅拌时间为20min，搅拌速度控制在800r/min，接着添加入丁苯橡胶66.7、抗氧化剂6份、邻苯二甲酸酯10.6份、氯化钕4份与A-172硅烷偶联剂，继续搅拌混合均匀；(4)在65℃、压力为8mbar的环境下蒸馏35min；(5)加入硫化促进剂，搅拌均匀后送入塑炼机塑炼；(6)混炼；(7)挤出成型；(8)硫化。

实施例三

一种石墨烯改性的耐磨橡胶，包括以下重量份的各原料：顺丁橡胶66.7份、聚酰胺蜡微粉13.3份、硅藻土3.3份、抗氧化剂6.7份、邻苯二甲酸酯13.3份、氯化钕13.3份、氨基苯甲酸5份、二甲基甲酰胺16份、石墨烯0.8份、烷基苯磺酸钠50份、阿拉伯胶30份、硫化促进剂10份、硅烷偶联剂10份。

其制备方法，包括以下处理步骤：(1)分散石墨烯：将石墨烯与二甲基甲酰胺、烷基苯磺酸钠、阿拉伯胶混合，超声波分散处理50min，超声功率为1000W，得到分散的石墨烯溶液；(2)改性石墨烯：将改性的石墨烯溶液与氨基苯甲酸混合，搅拌均匀，搅拌时间为60min，搅拌速度控制在500r/min；(3)添加入聚酰胺蜡微粉13.3份、硅藻土3.3份，混合，搅拌均匀，搅拌时间为20min，搅拌速度控制在800r/min，接着添加入丁苯橡胶66.7、抗氧化剂6.7份、邻苯二甲酸酯13.3份、氯化钕13.3份与A-172硅烷偶联剂，继续搅拌混合均匀；4)在70℃、压力为10mbar的环境下蒸馏40min；(5)加入硫化促进剂，搅拌均匀后送入塑炼机塑炼；(6)混炼；(7)挤出成型；(8)硫化。

其中，本发明中，所采用的各原料在以下参数范围内均可实现本发明的目的：橡胶100～120份、氨基苯甲酸2～5份、二甲基甲酰胺10～16份、石墨烯0.2～0.8份、烷基苯磺酸钠20～50份、阿拉伯胶20～30份、硫化促进剂5～10份、硅烷偶联剂5～10份。

以上所记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。

Claims

1.一种石墨烯改性的耐磨橡胶，其特征在于，包括以下重量份的各原料：橡胶100～120份、氨基苯甲酸2～5份、二甲基甲酰胺10～16份、石墨烯0.2～0.8份、烷基苯磺酸钠20～50份、阿拉伯胶20～30份、硫化促进剂5～10份、硅烷偶联剂5～10份。

2.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性的耐磨橡胶，其特征在于，包括以下重量份的各原料：橡胶100份、氨基苯甲酸5份、二甲基甲酰胺15份、石墨烯0.5份、烷基苯磺酸钠40份、阿拉伯胶22份、硫化促进剂8份、硅烷偶联剂9.5份。

3.根据权利要求2所述的一种石墨烯改性的耐磨橡胶，其特征在于，包括以下重量份的各原料：橡胶100份、氨基苯甲酸3份、二甲基甲酰胺12份、石墨烯0.5份、烷基苯磺酸钠30份、阿拉伯胶25份、硫化促进剂7份、硅烷偶联剂8份。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种石墨烯改性的耐磨橡胶，其特征在于：所述橡胶为经过改性的橡胶，所述经过改性的橡胶包含以下重量份的各原料：合成橡胶100份、聚酰胺蜡微粉10～20份、硅藻土3～5份、抗氧化剂5～10份、邻苯二甲酸酯15～20份、氯化钕5～20份。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种石墨烯改性的耐磨橡胶，其特征在于：所述橡胶为丁苯橡胶、异戊橡胶、顺丁橡胶中的任意一种或两种以上以任意比混合的混合物。

6.根据权利要求1或2或3所述的一种石墨烯改性的耐磨橡胶的制备方法，其特征在于，包括以下处理步骤：(1)分散石墨烯：将石墨烯与二甲基甲酰胺、烷基苯磺酸钠、阿拉伯胶混合，超声波分散处理30～50min，超声功率为800～1000W，得到分散的石墨烯溶液；(2)改性石墨烯：将改性的石墨烯溶液与氨基苯甲酸混合，搅拌均匀，搅拌时间为45～60min，搅拌速度控制在300～

500r/min；(3)添加入橡胶与硅烷偶联剂，继续搅拌混合均匀；(4)在60～70℃、压力为7～10mbar的环境下蒸馏30～40min；(5)加入硫化促进剂，搅拌均匀后送入塑炼机塑炼；(6)混炼；(7)挤出成型；(8)硫化。

7.根据权利要求6所述的一种石墨烯改性的耐磨橡胶的制备方法，其特征在于：步骤(3)中的橡胶为改性橡胶，所述改性的橡胶包含以下重量份的各原料：合成橡胶100份、聚酰胺蜡微粉10～20份、硅藻土3～5份、抗氧化剂5～10份、邻苯二甲酸酯15～20份、氯化钕5～20份，所述改性橡胶的制备方法为：将聚酰胺蜡微粉及硅藻土混合，搅拌均匀，搅拌时间为20～30min，搅拌速度控制在600～800r/min，接着讲合成橡胶、抗氧化剂、邻苯二甲酸酯、氯化钕加入其中，搅拌均匀，即得到改性橡胶。

8.根据权利要求7所述的一种石墨烯改性的耐磨橡胶的制备方法，其特征在于：所述合成橡胶为丁苯橡胶、异戊橡胶、顺丁橡胶中的任意一种或两种以上以任意比混合的混合物。