石墨烯-卤化丁基橡胶复合材料的制备方法及应用_2

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过大,则容易破坏氧化石墨稀的结构。分散的时间为0.5h?5h,优选为1?3h,上述分散时间保证氧化石墨烯分散均匀。
[0041]步骤S10中,表面活性剂的质量份数为0.1-60份,优选为20?50份。表面活性剂用于改性氧化石墨烯,其用量根据氧化石墨烯的用量确定。步骤S10的反应温度为0?100°c,优选为50?80°C。该反应温度下,表面活性剂的化学基团和氧化石墨烯的活性基团共价键合,如果反应温度过低,则两者无法发生共价键合;如果反应温度过高,则两者可能发生除共价键合以外的其他反应,影响目标产物的获得。表面活性剂选自烷基胺类、烷基醇类、氨基酸类、阳离子表面活性剂类和异氰酸酯类中的至少一种。步骤S10中可以通过超声分散或者搅拌的方式使表面活性剂和氧化石墨烯分散液混合均匀,反应充分。具体地,当采用超声分散的方式时,超声波的功率为10?1000W,优选为200?500W。如果超声波的功率过小,则分散效果差;如果超声波的功率过大,则容易破坏表面活性剂和氧化石墨烯的结构。当采用搅拌的方式时,搅拌的转速为100?15000r/min,优选为1000?8000r/min。如果搅拌的转速过小,则分散效果差;如果搅拌的转速过大,则容易破坏表面活性剂和氧化石墨稀的结构。该步骤中,反应的时间为0.5h?50h,优选为10h?30h,上述反应时间保证两者充分反应。
[0042]步骤S20中,还原剂的质量份数为1?500份,优选为50?300份。还原剂用于还原功能化的氧化石墨烯,其用量根据功能化的氧化石墨烯的用量确定。该反应时间为0.5h?50h,优选为10h?30h,上述反应时间保证两者充分反应。该还原剂选自肼、水合肼、二甲肼、维生素C、碘化氢、硼氢化钠、甲醛、乙醛、对苯二酚、对苯二胺、乙二胺和丁二胺中的至少一种。步骤S20中过滤的方式可以通过滤膜过滤,应当理解的是,本发明并不以此为限,也可以采用其它过滤的方式。当采用滤膜过滤时,优选滤孔的直径范围为0.1?1 μπι。该滤孔的直径范围可以保证在尽量减少功能化石墨烯沉淀的损失的基础上,实现较快速的过滤。
[0043]步骤S20对功能化后的氧化石墨烯进行还原,去除了不必要的基团,极大提升了复合材料的稳定性,特别是,当该复合材料应用于药用胶塞时,能有效防止其最终与药液反应。
[0044]优选地,步骤20之后还可以通过反复洗涤的过程使得该功能化石墨烯沉淀纯净。具体地,将该功能化石墨稀沉淀在乙醇或去离子水中搅拌清洗1?60min后过滤,优选为20?40min ;重复上述步骤5?50次后烘干直至该功能化石墨稀沉淀恒重为止。
[0045]通过对还原后的功能化石墨烯进行清洗过滤,可有效去除材料复合过程中引入的表面活性剂、还原剂等反应性添加剂,特别是,当该复合材料应用于药用胶塞时,能有效防止复合材料中残留的添加剂向药品中扩散,提升了复合材料产品的安全性。
[0046]步骤S30中,功能化石墨烯的质量份数为0.5?10000份,有机溶剂的质量份数为10?10000份,优选的,功能化石墨烯的质量份数为3?5份,有机溶剂的质量份数为1000?6000份。分散时间为0.5h?5h,优选为1?3h。该两者的用量和分散时间的选择使得功能化石墨烯可以在有机溶剂中分散均匀。该有机溶剂选自二甲基甲酰胺、四氢呋喃、乙醇、环己醇、甲醇、乙二醇、N-甲基吡咯烷酮和二甲基亚砜中的至少一种。步骤S30中可以通过超声分散或者搅拌的方式使功能化石墨烯均匀分散于氧化有机溶剂中。具体地,当采用超声分散的方式时,超声波的功率为10?1000W,优选为200?500W。如果超声波的功率过小,则分散效果差;如果超声波的功率过大,则容易破坏功能化石墨烯的结构。当采用搅拌的方式时,搅拌的转速为100?15000r/min,优选为1000?8000r/min。如果搅拌的转速过小,则分散效果差;如果搅拌的转速过大,则容易破坏功能化石墨烯的结构。
[0047]步骤S40中,功能化石墨烯分散液的质量份数为10?200份,卤化丁基橡胶胶乳的质量份数为10?1000份,优选的,功能化石墨烯分散液的质量份数为50?100份,卤化丁基橡胶胶乳的质量份数为100?500份。该两者用量的选择,使得功能化石墨烯和卤化丁基橡胶胶乳充分接触交联。优选该卤化丁基橡胶胶乳的固含量为5%-90wt%。两者的混合时间为1?30h,优选为10?20h,该混合时间保证功能化石墨烯和卤化丁基橡胶胶乳充分接触交联。该混合的过程可以采用搅拌的方式,使其混合均匀,反应充分。
[0048]步骤S50中,如果该复合材料需要有特定的形状,固化的过程可以通过浇铸成模的方式实现。应当理解的是,本发明并不以此为限,也可以采用其他的固化方式。固化后的石墨烯-卤化丁基橡胶复合材料可以通过烘干的方式进一步排除材料中的水分和其它易挥发的成分。烘干的温度为10?200°C,优选为80?120°C,直至该石墨烯-卤化丁基橡胶复合材料恒重为止。
[0049]本发明实施例还提供了一种如上所述的石墨烯-卤化丁基橡胶复合材料的制备方法制备得到的复合材料在轮胎和药用胶塞中的应用。例如,该轮胎可以是子午线轮胎。该药用胶塞可以是粉针剂、输液及口服液包装中所用的胶塞。
[0050]下面以具体的实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
[0051]实施例1
[0052](1)氧化石墨烯分散液的制备:取1份氧化石墨烯,500份去离子水,混合后,在20°C,在200W的超声功率下处理3小时,得到氧化石墨烯分散液。
[0053](2)氧化石墨烯的功能化修饰:取2份十八烷基胺溶于750份乙醇溶液中,将上述氧化石墨烯分散液与乙醇溶液混合,在85°C下搅拌24小时,制得功能化氧化石墨烯分散液。
[0054](3)氧化石墨稀的还原:取10份L-抗坏血栓(L-AA)与上述功能化氧化石墨稀分散液混合,在65°C下还原24小时。所得产物用0.45 μ m的PVDF滤膜过滤得到功能化石墨烯沉淀。将过滤得到的沉淀在500份乙醇溶液中搅拌10分钟,进行清洗然后过滤。重复该清洗过滤的操作8次。将最终得到的沉淀在80°C下烘干直至恒重得到纯净的功能化石墨烯沉淀。
[0055](4)功能化石墨稀分散液的制备:取上述功能化石墨稀沉淀0.5份,分散在500份四氢呋喃中,超声处理4小时,制得功能化石墨烯分散液。
[0056](5)功能化石墨烯与卤化丁基橡胶的复合:将50份溴化丁基橡胶胶乳溶于800份四氢呋喃中,并与上述功能化石墨烯分散液50份混合,搅拌20小时,制得石墨烯-溴化丁基橡胶悬浮液。
[0057](6)石墨烯与卤化丁基橡胶复合材料的固化:将上述悬浮液浇铸成模,风干溶剂,在真空烘箱中,于70°C下干燥直至恒重,得到石墨烯-溴化丁基橡胶复合材料。
[0058]实施例2
[0059](1)氧化石墨烯分散液的制备:取1份氧化石墨烯,100份去离子水,混合后,在5°C,在lOOr/min的机械下处理0.5小时,得到氧化石墨烯分散液。
[0060](2)氧化石墨烯的功能化修饰:取0.1份γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(ΚΗ570)溶于600份乙醇溶液中,将上述氧化石墨烯分散液与乙醇溶液混合,在5°C下搅拌0.5小时,制得功能化氧化石墨烯分散液。从图1中可以看出,功能化后的氧化石墨烯出现了 S1-O-C/S1-O-Si键的伸缩振动吸收峰,说明KH570已与氧化石墨烯反应。
[0061](3)氧化石墨烯的还原:取对苯二胺1份,与上述功能化氧化石墨烯分散液混合,在30°C下还原0.5小时。所得产物用0.1 μπι的PVDF滤膜过滤得到功能化石墨稀沉淀。将过滤得到的沉淀在500份乙醇溶液中搅拌1分钟,进行清洗然后过滤。重复该清洗过滤的操作5次。将最终得到的沉淀在100°C下烘干直至恒重得到纯净的功能化石墨烯沉淀。
[0062](4)功能化石墨烯分散液的制备:取上述功能化石墨烯沉淀10份,分散在10份乙醇中,超声处理0.5小时,制得功能化石墨烯分散液。如图2所示,还原改性后的石墨烯具有良好的片层结构。如图3所不,图中可以看出功能化后的石墨稀厚度约为0.9nm。
[0063](5)功能化石墨烯与卤化丁基橡胶的复合:将10份溴化丁基橡胶胶乳溶于800份乙醇中,并与上述功能化石墨稀分散液10份混合,搅拌1小时,制得石墨烯-溴化丁基橡胶悬浮液。
[0064](6)石墨烯与卤化丁基橡胶复合材料的固化:将上述悬浮液浇铸成模,风干溶剂,在真空烘箱中,于10°C下干燥直至恒重,得到石墨烯-溴化丁基橡胶复合材料。
[0065]实施例3
[0066](1)氧化石墨烯分散液的制备:取30份氧化石墨烯,10000份去离子水,混合
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