[发明专利]一种使用碳纳米管和石墨烯的改性复合材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种使用碳纳米管和石墨烯的改性复合材料及制备方法，属于橡胶制品技术领域，由于其配方中采用首先在石墨烯和碳纳米管中加入甲基丙烯酸进行酸化改性，然后加入氧化锌进行离子化反应，实现原位生成甲基丙烯酸锌，再加入液体橡胶和过氧化物引发剂，引发甲基丙烯酸锌共聚之后和液体橡胶发生共交联；实现对石墨烯和碳纳米管的表面吸附包裹改性和表面化学改性，使碳纳米材料表面具有较高的化学活性，确保碳纳米材料与聚合物基体间有良好的粘结力，并提高碳纳米材料在聚合物基体中的分散程度，进而在形成复合材料后能顺利地将载荷转移到碳纳米材料上，使碳纳米材料起到增强、增韧的作用，显著提高改性复合材料的导热和导电性。

技术领域

本发明涉及橡胶制品技术领域，尤其涉及一种使用碳纳米管和石墨烯的改性复合材料及制备方法。

背景技术

近年来发生多起因静电造成的严重火灾及爆炸事故，另外静电感应和静电放电时产生的电磁脉冲对人体和电子敏感器件也有一定影响。因此橡塑材料的防静电问题引起了人们的高度重视。橡塑材料由于其优异的综合性能，被广泛应用于家用电器、交通运输、电子电气、国防工业等各个领域。但是许多橡塑材料通常具有电绝缘性，如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)的表面电阻一般为10¹⁶Ω，软质聚氯乙烯(PVC)为10¹⁴Ω，所以一旦因摩擦带电后，不易消除，从而产生静电。由于静电吸引，橡塑制品会吸附空气中的灰尘和其他杂物，从而影响产品美观。

已有技术中，添加型抗静电剂是解决抗静电橡塑材料的一种重要助剂，每年的需求量在不断地提高，但其与高分子材料相容性、挥发性、耐久性方面还有很大的不足。

理想的石墨烯和碳纳米管可以看作是由碳原子SP₂杂化组成的石墨片层或卷绕成的中空管状结构。碳纳米管的直径可以从一纳米至十几纳米，长度从数微米到毫米级，所以碳纳米管是长径比较大的准一维纳米材料。

要制备性能优良的石墨烯和碳纳米管聚合物复合材料，关键是提高碳纳米材料在聚合物基体中的分散程度,并使碳纳米材料表面具有较高的化学活性，确保碳纳米材料与聚合物基体间有良好的粘结力，在形成复合材料后能顺利地将载荷转移到碳纳米材料上，使碳纳米材料起到增强、增韧的作用。根据表面改性剂与碳纳米材料表面之间的相互作用方式，可以将碳纳米材料的表面改性分为表面吸附包裹改性和表面化学改性两大类。如何实现对碳纳米材料进行表面改性处理，使碳纳米材料表面具有较高的化学活性，确保碳纳米材料与聚合物基体间有良好的粘结力，已经成为本领域亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明提供一种使用碳纳米管和石墨烯的改性复合材料及制备方法，旨在对碳纳米材料进行表面改性处理，使碳纳米材料表面具有较高的化学活性，确保碳纳米材料与聚合物基体间有良好的粘结力，并提高碳纳米材料在聚合物基体中的分散程度，进而在形成复合材料后能顺利地将载荷转移到碳纳米材料上，使碳纳米材料起到增强、增韧的作用。

本发明提供的具体技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种使用碳纳米管和石墨烯的改性复合材料，包括以下重量份的原料：石墨烯2～5份、碳纳米管10～20份、液体橡胶3～8份、甲基丙烯酸3～6份、氧化锌3～6份、过氧化物引发剂0.1～0.2份、热塑性弹性体30～40份、软化剂30～40份。

可选的，所述热塑性弹性体包括热塑性丁苯橡胶(SBS)、聚氯乙烯(PVC)、乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、聚氨酯弹性体(TPU)、热塑性硫化胶(TPV)中的至少一种。

可选的，所述软化剂包括芳烃油、环烷油、石蜡油、柠檬酸酯、聚酯类软化剂中的至少一种。

可选的，所述液体橡胶包括低分子量的丁二烯、异丁烯、、异戊二烯、丁腈和乙丙中的至少一种。

第二方面，本发明提供一种制备上述的使用碳纳米管和石墨烯的改性复合材料的方法，所述方法包括：