[发明专利]一种改性GO-SiO2

说明书

本发明属于纳米复合材料技术领域，尤其是一种改性GO‑SiO₂复合填料的制备方法及其在橡胶中的应用，本发明提出了构建一种改性氧化石墨烯（GO）‑二氧化硅（SiO₂）的复合填料，解决GO和SiO₂在橡胶中分散效果差、易团聚的问题，同时通过改性GO赋予复合填料防老化性能。主要方法是先利用胺基改性剂通过水热法一步改性GO，改性的GO呈现三维孔洞结构；再将硅源通过原位生长法使SiO₂颗粒在改性GO表面及孔洞中沉积和穿插；制得新型的改性GO‑SiO₂复合填料；可以有效的解决补强填料的团聚问题以及降低填料与填料的相互作用，提高橡胶的力学性能和抗老化性能。

技术领域

本发明涉及纳米复合材料技术领域，尤其涉及一种改性GO-SiO₂复合填料的制备方法及其在橡胶中的应用。

背景技术

石墨烯是一种由sp2杂化连接的碳原子紧密堆积成的单层二维蜂窝状晶格结构的碳质材料。石墨烯在平面内有无限重复的周期结构，在垂直于平面的方向只有纳米尺度，可以看作是具有宏观尺寸的纳米材料。石墨烯具有高比表面积，大宽高比，高模量以及良好的溶剂分散性，是一种很有潜力的橡胶增强填料。GO和石墨烯的结构与性能相似，且表面基团众多，价格低廉，已成为橡胶、塑料等聚合物的优良填料，但GO在聚合物基体中容易因聚集而导致橡胶性能下降。

SiO₂作为传统橡胶的增强剂，具有滚动阻力低，抗湿滑性能好的特点。但同时SiO₂由于粒径较小，具有强烈的聚集倾向，在橡胶中的分散也是一大难点。

发明内容

本发明的目的是开发一种改性GO-SiO₂复合填料，重点在于解决GO和SiO₂在橡胶中难以分散的问题，同时此种补强填料还具有抗老化作用。本发明主要使用改性剂将GO改性成为一种三维孔洞结构，增大比表面积；通过原位生长法构建改性GO-SiO₂溶胶，达到SiO₂负载和穿插在改性GO孔洞结构中，同时改性剂赋予了GO防老化性能，使其在加入橡胶中达到补强效果的同时，避免GO和SiO₂在橡胶基体中的团聚。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明提出的一种改性GO-SiO₂复合填料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：制备改性GO：先将GO和水以质量比1：(40～60)混合后得到GO的水溶液，放入超声波清洗机中进行超声分散，超声频率为35～40kHz、温度为25～30℃，超声时间为25-35min，得到浓度为16mg/ml～25mg/ml的GO水溶液；接着将改性剂、pH＝10～11的氨水加入到GO水溶液中，改性剂、氨水、GO水溶液的体积比为(5-7)：(1-3)：25；在25℃～30℃下磁力搅拌20min，加入到水热反应釜中，在温度170～190℃反应8～12h后冷却；用去离子水洗涤3～5次以去除未反应的改性剂，冷冻干燥48h得到改性GO。

步骤二：制备改性GO-SiO₂复合填料：首先将上述步骤一中得到的改性GO和去离子水以质量比1：1200混合后得到改性GO水溶液，放在超声波清洗机中超声分散，超声频率为35～40kHz、温度为25～30℃，超声时间为25-35min，制得浓度为0.83mg/ml的改性GO水溶液；接着将硅源与改性GO分散液以质量比1：5混合得到混合溶液，再加入表面活性剂，表面活性剂与改性GO分散液的质量比为1：500，混合并预搅拌20-30min，同时保持混合液恒温在0～5℃，再加入1mol/L的稀盐酸，硅源与稀盐酸的质量比为1：2.5，边滴加边搅拌，滴加的时间为4～6h，形成凝胶状物质，得到改性GO-SiO₂凝胶；最后将上述得到的凝胶静置陈化10～12h后用抽滤机减压抽滤，用去离子水洗涤5～10次；在80℃鼓风干燥箱中干燥5～8h，干燥后的粉料进一步粉碎，得到改性GO-SiO₂复合填料。