[发明专利]一种石墨烯/二氧化硅/天然橡胶复合材料及其制备方法、应用

说明书

本发明提供了一种石墨烯/二氧化硅/天然橡胶复合材料，包括石墨烯、二氧化硅和天然橡胶；所述二氧化硅颗粒附着在所述石墨烯片层上，所述石墨烯片层插嵌在所述天然橡胶的网络中。本发明将石墨烯原料、二氧化硅原料与天然橡胶先进行复合，得到石墨烯/二氧化硅/天然橡胶复合材料，该材料中二氧化硅颗粒附着在石墨烯片层上，而石墨烯片层插嵌在天然橡胶的网络中，从而达到了石墨烯和二氧化硅在天然橡胶中的均匀分散，进而再用于橡胶复合材料中，能够提高轮胎的导静电能力，降低滚阻，提高轮胎的撕裂性能。而且本发明提供的制备方法简单实用，更具实用性，适合工业化大生产应用。

技术领域

本发明属于橡胶材料技术领域，涉及一种石墨烯/二氧化硅/天然橡胶复合材料及其制备方法、应用，尤其涉及一种石墨烯/二氧化硅/天然橡胶复合材料及其制备方法、在橡胶复合材料基体中的应用。

背景技术

石墨烯(Graphene)是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。它是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。由于石墨烯具有诸多的优异物理化学性质，其在储能材料，环境工程，灵敏传感方面被广泛应用，被称为“黑金”或是“新材料之王”，而且潜在的应用前景广大，目前已成为全世界的关注焦点与研究热点，特别是石墨烯的优异性能为发展高性能、多功能聚合物纳米复合材料现实了极大的前景。在诸多聚合物材料中，橡胶材料是非常重要的一类，因此，石墨烯在橡胶增强研究具有特别的重要性。

近几年，含有石墨烯类材料的橡胶产品已逐渐有相关报道，然而在实际应用中，石墨烯类材料还存在着诸多的问题和制约因素，如石墨烯极易团聚。由于石墨烯类材料比表面积较大，片层间由于范德华力的作用以及π-π电子相互作用，很容易叠合团聚，使其不能稳定分散，更难以在橡胶基体中均匀分散。

目前在轮胎行业中应用最广泛的填料之一是白炭黑，其在橡胶工业中主要用作补强剂，其补强效果仅次于炭黑，而优于其他白色填料。白炭黑在提高撕裂强度和降低滚动阻力方面优于炭黑。白炭黑的95％～99％的成分是SiO₂，白炭黑表面上有羟基，硅氧烷基。白炭黑的表面特征使它总趋向于二次附聚，易吸附水分，易产生氢键缔合。二次附集体混炼分散远比炭黑要困难；而且在配合量多时，生成凝胶多使胶料硬化。而填料在橡胶当中的分散性是制备高性能橡胶复合材料的关键。若填料分散性很差，则难以具备良好的使用价值。

因而，如何解决石墨烯在橡胶基体中的分散性，并解决其与主要填料之一的白炭黑之间的矛盾，已成为制备石墨烯/橡胶复合材料的关键。现有技术虽然公开了溶液合成或原位聚合等多种方法，但是白炭黑在水中的分散性很差，而石墨烯在水中分散性能好，因而采用溶液聚合法合成石墨烯和白炭黑等复合材料时，白炭黑在水中的分散性差，容易析出。

因此，如何找到一种合适的石墨烯橡胶复合材料，解决石墨烯及其填料之间的分散性问题，提高橡胶材料的性能，已成为业内诸多石墨烯生产厂商和应用厂商共同关注的焦点之一。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种石墨烯/二氧化硅/天然橡胶复合材料及其制备方法、在橡胶复合材料基体中的应用，本发明将石墨烯/二氧化硅/天然橡胶复合材料用于橡胶复合材料后，能够提高轮胎的导静电能力，降低滚阻，提高轮胎的撕裂性能。而且制备方法简单实用，更具实用性。

本发明提供了一种石墨烯/二氧化硅/天然橡胶复合材料，包括石墨烯、二氧化硅和天然橡胶；

所述二氧化硅颗粒附着在所述石墨烯片层上，所述石墨烯片层插嵌在所述天然橡胶的网络中。

优选的，所述石墨烯/二氧化硅/天然橡胶复合材料由氧化石墨烯、硅溶胶和天然橡胶经制备后得到；

所述石墨烯的片层厚度为0.7～2nm；

所述二氧化硅的粒径为10～40nm。

优选的，所述天然橡胶的分子量为5000～30000；