CN108410035A - 一种石墨烯/纳米纤维素/橡胶复合材料制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种石墨烯/纳米纤维素/橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：制备纳米微晶纤维素，将纳米微晶纤维素、石墨烯和橡胶胶乳分散在溶剂中，搅拌并辅以超声进行共混，然后高温喷雾干燥，得到母胶。母胶置于开炼机进行塑炼，再通过密炼机后得到混炼胶，压片后静置一段时间，得到复合材料。本发明的优势在于工艺简单易行、条件温和，复合材料中加入纳米微晶纤维素和石墨烯，对橡胶基体有很好的补强作用，杨氏模量、拉伸强度及断裂应变性能都有所增加。

Description

一种石墨烯/纳米纤维素/橡胶复合材料制备方法
技术领域
本发明属于复合材料制备技术领域，更具体涉及一种石墨烯/纳米纤维素/橡胶复合材料的制备方法。
背景技术
橡胶材料是广泛应用于国民经济、高新技术和国防军工领域的关键材料之一，但橡胶材料本身强度低、模量低、耐磨差、抗疲劳差，使用性低，所有绝大部分橡胶需要填充补强。目前，炭黑和白炭黑作为常用的橡胶补强材料已不能满足橡胶制品的多样化需求，特别是很多应用领域如防过电流/过热原件、开关、传感器、密封器件等需要橡胶制品具有抗静电、导电性或气体阻隔性等。纳米材料由于比表面积大和较强的界面作用力，使得其具有更优异的力学、电学、热学和气/液阻隔性能，因而纳米填料成为橡胶改性研究的趋势之一。目前，各种碳基纳米填料已经在研究领域引起广泛关注。
发明内容
本发明的目的是提供一种石墨烯/纳米纤维素/橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
A.纳米微晶纤维素的制备，将微晶纤维素与64％(质量分数)硫酸混合，45℃水浴加热酸解30min，水解后减压抽滤，并用蒸馏水洗涤固体至中性，烘干后得到酸解微晶纤维素，配成悬浮液后使用超声植物细胞粉碎机进行超声处理30min，冷冻干燥后即为纳米微晶纤维素；
B.制备母胶，将纳米微晶纤维素、石墨烯和橡胶胶乳分散在溶剂中，搅拌并辅以超声进行共混，然后高温喷雾干燥，得到母胶；
C.制备复合材料，母胶置于开炼机进行塑炼，再通过密炼机后得到混炼胶，压片后静置一段时间，得到复合材料。
优选地，步骤A中微晶纤维素与硫酸质量比为1:10-20。
优选地，步骤B中胶乳选自天然胶乳、液体顺丁橡胶、液体异戊橡胶、液体丁苯橡胶和液体丁腈橡胶。
优选地，步骤B中纳米纤维素、石墨烯、橡胶复合材料三者质量比为1-2:1-2:100。
优选地，步骤B中溶剂选自水、乙醇、甲醇、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、丙酮、乙酸乙酯、二氯甲烷和三氯甲烷。
优选地，步骤B中超声混合和搅拌的时间为0.5-25h。
优选地，步骤B中高温喷雾干燥的条件为温度100-200℃，时间2-24h。
优选地，步骤C中塑炼条件为温度120-150℃，时间24-36h。
优选地，步骤C中密炼温度为155℃—165v，时间10-30min。
本发明的有益效果
本发明的优势在于工艺简单易行、条件温和，复合材料中加入纳米微晶纤维素和石墨烯，对橡胶基体有很好的补强作用，杨氏模量、拉伸强度及断裂应变性能都有所增加。
具体实施方式
实施例1
纳米微晶纤维素的制备。将微晶纤维素1份与64％(质量分数)硫酸10份混合，45℃水浴加热酸解30min，水解后减压抽滤，并用蒸馏水洗涤固体至中性，烘干后得到酸解微晶纤维素，配成悬浮液后使用超声植物细胞粉碎机进行超声处理30min，冷冻干燥后即为纳米微晶纤维素。
制备母胶。将1份纳米微晶纤维素、1份石墨烯和100份液体顺丁橡胶，分散在乙醇中，搅拌并辅以超声进行共混5h，然后150℃喷雾干燥6h，得到母胶。
制备复合材料。母胶置于开炼机130℃进行塑炼24h，再通过密炼机160℃密炼20min后得到混炼胶，压片后静置一段时间，得到复合材料。
实施例2
纳米微晶纤维素的制备。将微晶纤维素1份与64％(质量分数)硫酸15份混合，45℃水浴加热酸解30min，水解后减压抽滤，并用蒸馏水洗涤固体至中性，烘干后得到酸解微晶纤维素，配成悬浮液后使用超声植物细胞粉碎机进行超声处理30min，冷冻干燥后即为纳米微晶纤维素。
制备母胶。将1份纳米微晶纤维素、1.5份石墨烯和100份天然胶乳，分散在丙酮中，搅拌并辅以超声进行共混10h，然后120℃喷雾干燥10h，得到母胶。
制备复合材料。母胶置于开炼机120℃进行塑炼24h，再通过密炼机160密炼20min后得到混炼胶，压片后静置一段时间，得到复合材料。
实施例3
纳米微晶纤维素的制备。将微晶纤维素1份与64％(质量分数)15份硫酸混合，45℃水浴加热酸解30min，水解后减压抽滤，并用蒸馏水洗涤固体至中性，烘干后得到酸解微晶纤维素，配成悬浮液后使用超声植物细胞粉碎机进行超声处理30min，冷冻干燥后即为纳米微晶纤维素。
制备母胶。将2份纳米微晶纤维素、2份石墨烯和100份液体丁腈橡胶，分散在三氯甲烷中，搅拌并辅以超声进行共混25h，然后180℃喷雾干燥24h，得到母胶。
制备复合材料。母胶置于开炼机145℃进行塑炼36h，再通过密炼机165℃密炼25min后得到混炼胶，压片后静置一段时间，得到复合材料。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，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。
石墨烯/纳米纤维素/橡胶复合材料表征
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种石墨烯/纳米纤维素/橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.纳米微晶纤维素的制备，将微晶纤维素与64％(质量分数)硫酸混合，45℃水浴加热酸解30min，水解后减压抽滤，并用蒸馏水洗涤固体至中性，烘干后得到酸解微晶纤维素，配成悬浮液后使用超声植物细胞粉碎机进行超声处理30min，冷冻干燥后即为纳米微晶纤维素；
B.制备母胶，将纳米微晶纤维素、石墨烯和橡胶胶乳分散在溶剂中，搅拌并辅以超声进行共混，然后高温喷雾干燥，得到母胶；
C.制备复合材料，母胶置于开炼机进行塑炼，再通过密炼机后得到混炼胶，压片后静置48h，得到复合材料。
2.根据权利要求1所述的石墨烯/纳米纤维素/橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤A中微晶纤维素与硫酸质量比为1:10-20。
3.根据权利要求1所述的石墨烯/纳米纤维素/橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤B中胶乳选自天然胶乳、液体顺丁橡胶、液体异戊橡胶、液体丁苯橡胶和液体丁腈橡胶。
4.根据权利要求1所述的石墨烯/纳米纤维素/橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤B中纳米纤维素、石墨烯、橡胶复合材料三者质量比为1-2:1-2:100。
5.根据权利要求1所述的石墨烯/纳米纤维素/橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤B中溶剂选自水、乙醇、甲醇、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、丙酮、乙酸乙酯、二氯甲烷和三氯甲烷。
6.根据权利要求1所述的石墨烯/纳米纤维素/橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤B中超声混合和搅拌的时间为0.5-25h。
7.根据权利要求1所述的石墨烯橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤B中高温喷雾干燥的条件为温度100-200℃，时间2-24h。
8.根据权利要求1所述的石墨烯/纳米纤维素/橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤C中塑炼条件为温度120-150℃，时间24-36h。
9.根据权利要求1所述的石墨烯/纳米纤维素/橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤C中密炼温度为155℃—165℃，时间10-30min。
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