[发明专利]一种基于喷雾干燥及热压硫化相结合制备石墨烯/橡胶复合材料的方法

说明书

一种基于喷雾干燥及热压硫化相结合制备石墨烯/橡胶复合材料的方法，属于石墨烯/橡胶复合材料技术领域。本发明要解决现有石墨烯/橡胶复合材料存在无法使用无环境压力的原始石墨烯为填充物，用简单的工艺流程均匀分散到非极性橡胶中的问题。方法：一、配制石墨烯分散液；二、配制石墨烯‑橡胶乳液；三、喷雾干燥法制备石墨烯/橡胶复合材料粉末；四、平板热压硫化石墨烯/橡胶复合材料。本发明能够利用无污染的原始石墨烯为原料，均匀分散到非极性橡胶基体中，可广泛地应用于工业生产中。

技术领域

本发明属于石墨烯/橡胶复合材料技术领域；具体涉及一种基于喷雾干燥及热压硫化相结合制备石墨烯/橡胶复合材料的方法。

背景技术

众所周知，高分子橡胶是一种战略上重要的材料。为了扩展实用范围，通过往橡胶中插入纳米尺寸的填充物来提高纯橡胶较弱的机械性能是一种最常使用的方法。炭黑和硅是在橡胶工业中最广泛使用的传统填充物。而近几年来，石墨烯作为一种新型填充材料，凭借其高比表面积、优秀的机械性质，高电子迁移率、高导热率和气体不渗透性等优异性能引起了广泛关注。石墨烯被定义为仅由单层碳原子紧密堆积成的二维蜂窝状点阵结构，每个碳原子和相邻的三个碳原子形成共价键，独特的二维晶体结构决定了其具有优异的电学、力学和热学性能。石墨烯具有自由电子在石墨烯上的传输不易发生散射，电子迁移率可以达到2×10⁵cm/V·s，是硅中电子迁移率的一百多倍；其电导率高达10⁶S/m，是室温下绝佳的导电材料。石墨烯弹性模量高达1TPa，断裂强度为125GPa，室温热导率为5.3×10³W/m·K，比表面积为2630m²/g。相比于其他纳米填充物，石墨烯能够赋予橡胶复合材料更低的导电渗透阈、更高的导电性和更加优异的机械性能。

在交联的橡胶基体中填充连续的石墨烯导电网络一直是发展高导电聚合材料面临的巨大挑战。虽然近几年已经报道了各种各样制备石墨烯填充的弹性纳米复合材料的方法，采用溶液混合法，能够将石墨烯均匀地分散在天然橡胶乳液、丁苯胶乳和异丁基橡胶中，并提高其机械和阻气性能。与溶液混合法相比，直接的机械混合难以将石墨烯均匀分散，但能实现大量生产，得到复合材料也具有较好的机械性能。乳液混合法能融合上述两种方法的优点，不仅产率高而且绿色环保，并能够均匀分散石墨烯材料在橡胶基体中。但目前这些方法都受石墨烯表面官能团的限制，由于石墨烯本身的惰性及缺陷少，很难实现和橡胶分子的相互作用而有效连接在一起，所以传统方法中使用的都是氧化石墨烯或还原石墨烯，借助于表面的含氧官能团或是还原后的缺陷点来将石墨烯和橡胶颗粒交联在一起。这种方法在对石墨烯进行氧化或还原时通常使用的都是硫酸、磷酸、高锰酸钾、水合肼等试剂，给环境带来了极大的污染。而且，这种方法也限制了使用的橡胶必须为极性橡胶，对表面缺少官能团的非极性橡胶也难以实现石墨烯在基体中的均匀分散。

综上所述，现有石墨烯/橡胶复合材料存在无法使用无环境压力的原始石墨烯为填充物，使用简单的工艺流程均匀分散到非极性橡胶中的问题。

发明内容

本发明要解决现有石墨烯/橡胶复合材料受石墨烯原料限制、石墨烯在橡胶基体中均匀分散的问题，提供一种基于喷雾干燥及热压硫化相结合制备石墨烯/橡胶复合材料的方法。

一种基于喷雾干燥及热压硫化相结合制备石墨烯/橡胶复合材料的方法，具体是按照以下步骤进行的：

步骤一、按每毫升去离子水加入0.1～100mg石墨烯配比将石墨烯加入去离子水中并搅拌均匀，并在频率为10KHz～100KHz下超声处理20min～60min，得到石墨烯分散液；

步骤二、按10-500mL水中加入100g橡胶、1-10g硫化剂、0.1-15g促进剂份、0-100g补强剂、0.5-10g防老剂、0-50g软化剂、1-20g活性剂、0.5-50g发泡剂、0-50g偶联剂配比将橡胶、硫化剂、促进剂份、补强剂、防老剂、软化剂、活性剂、发泡剂、偶联剂加入水到中，搅拌10-30min，