[发明专利]一种氧化石墨烯/丁腈胶乳纳米复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及纳米复合材料技术领域，尤其涉及一种氧化石墨烯/丁腈胶乳纳米复合材料的制备方法。该制备方法包括：(1)氧化石墨烯悬浮液的制备；(2)氧化石墨烯/丁腈胶乳悬浮液的制备；(3)氧化石墨烯/丁腈胶乳纳米复合材料的硫化。该制备方法无需加入橡胶配合剂，不采用开炼机混炼，利用氧化石墨烯/丁腈胶乳高温自硫化制备，通过干燥加热温度的调控，制得的氧化石墨烯/丁腈胶乳纳米复合材料实现了高分散、高气体阻隔性能，耐油且环境友好，特别适用于丁腈胶乳手套，耐油密封垫环，药物瓶封装等制品。

技术领域

本发明涉及纳米复合材料技术领域，尤其涉及一种氧化石墨烯/丁腈胶乳纳米复合材料的制备方法。

背景技术

石墨烯是由单层碳原子通过SP²杂化紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种新型炭材料，石墨烯除了在光学、电学、力学以及热学上具有优异的性能，其阻隔性能也备受关注。石墨烯上碳环的高纵横比和高电子云密度使其能够排斥原子和分子的渗透，碳环的几何孔径(考虑了电子密度)为0.064nm，小于各种气体的动力学直径，可以阻碍He(0.26nm)，H₂(0.289nm)，CO₂(0.33nm)，O₂(0.346nm)，N₂(0.346nm)和CH₄(0.38nm)等小分子气体的透过。因此，无缺陷的单晶石墨烯片在室温下可以作为优异的气体阻隔材料，有缺陷的石墨烯片，几片堆叠后同样可用于阻隔材料(Novoselov K S,Geim A K,Morozov S V,etal.Electric field effect in atomically thin canbon films,Science,2004,306(5696):666-669)。石墨烯/橡胶纳米复合材料具有优异的综合性能，可广泛应用于轮胎，输送带，密封垫圈，药物封装瓶，防护手套等制品。目前制备石墨烯/橡胶纳米复合材料的方法主要有，溶液共混法，胶乳共絮凝法，直接共混法和胶乳静态热压法。Mickael Castro等利用溶液共混法制备出高电导率和气体阻隔性能的还原氧化石墨烯/丁基橡胶纳米复合材料(Sadasivuni Kishor Kumar,Mickael Castro,Allisson Saiter,et al.Development ofpoly(isobutylene-co-isoprene)/reduced graphene oxide nanocomposites forbarrier,dielectric and sensing applications,Materials Letters,2013,96,109-112.)。Liqun Zhang等将氧化石墨烯和羧基丁腈胶乳共絮凝制备得到高力学性能和高气体阻隔性能的氧化石墨烯/羧基丁腈胶乳纳米复合材料(Hailan Kang,Kanghua Zuo,ZhaoWang,et al.Using a green method to develop graphene oxide/elastomersnanocomposites with combination of high barrier and mechanical performance,Composites Science and Technology,2014,92,1-8)。Sabu Thomas等将热还原石墨烯和天然橡胶通过直接共混法制备得到高模量和高气体阻隔性能的热还原石墨烯/天然橡胶纳米复合材料(Srinivasarao Yaragalla,A.P.Meera,Nandakumar Kalarikkal,etal.Chemistry associated with natural rubber-graphen nanocomposites and itseffect on physical and structural properties,Industrial Crops and Products,2015,74,792-802)。Hesheng Xia等将石墨烯和预硫化的天然胶乳共絮凝，不经开炼机直接热压成型制备得到隔离网络结构的高电导率和高水汽阻隔性能的石墨烯/天然胶乳纳米复合材料(Yanhu Zhan,Marino Lavorgna,Giovanna Buonocore,et al.Enhancingelectrical conductivity of rubber composites by constructing interconnectednetwork of self-assembled graphene with latex mixing,Journal of MaterialsChemistry,2012,22,10464-10468.)。以上的制备方法均能制备出性能优异，气体阻隔性能良好的石墨烯/橡胶纳米复合材料，但同时存在一些不足，如溶液法会使用大量有机溶剂对环境造成危害，且溶剂分子吸附到氧化石墨烯片层间，很难将其完全脱出，污染制品；有些橡胶基体没有胶乳形式，不适用胶乳共絮凝法；石墨烯表观密度较低，片层间范德华力强，直接共混法使其很难良好分散在橡胶基体中；胶乳静态热压法中，微米级的颗粒状配合剂预分散进胶乳中，易造成胶乳粒子沉降，影响石墨烯在胶乳中的均匀分散。