羧基丁腈橡膠/石墨烯納米復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及聚合物納米復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種乳液共凝聚制備羧基丁腈橡膠/石墨稀納米復(fù)合材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯作為單層碳質(zhì)新材料，以其優(yōu)異的力學(xué)性能、電學(xué)性能、質(zhì)輕、超大比表面積等特性廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，其中不乏聚合物/石墨烯納米復(fù)合材料，將石墨烯與聚合物復(fù)合，可形成網(wǎng)絡(luò)締合結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高聚合物的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性和導(dǎo)電性能等，使其在電池，超級(jí)電容器等領(lǐng)域具有較高的應(yīng)用價(jià)值。
[0003]目前制備聚合物/石墨烯納米復(fù)合材料的方法主要有:溶液共混法、熔融復(fù)合法和原位聚合法。其中，溶液共混法和原位聚合法能夠使石墨烯保持層離狀態(tài)，易于實(shí)現(xiàn)石墨烯在聚合物基體中的均勻分散，但是這兩種方法均存在溶劑回收問題，且成本高，環(huán)境污染大，工藝過(guò)程長(zhǎng)收率低，難以進(jìn)行大規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)；熔融復(fù)合法雖無(wú)需使用有機(jī)溶劑，不會(huì)造成環(huán)境污染問題，并且在工業(yè)中廣泛應(yīng)用，但是由于石墨烯本身的特殊結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其難以在聚合物基體中以納米尺寸均勻分散，團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重，得到的納米復(fù)合材料性能提高不明顯。
[0004]采用膠乳工藝制備聚合物/石墨烯凝聚粒子的研宄是一種綠色簡(jiǎn)單的方法，已有一些報(bào)道采用乳液的工藝制備聚合物/石墨烯納米復(fù)合材料。例如，采用乳液原位聚合制備石墨烯/聚氯乙烯納米復(fù)合材料，雖然石墨烯在基材中的分散性以及制得材料的性能均有很大提高，但其工藝過(guò)程是基于原位聚合的基礎(chǔ)上，制備過(guò)程中需引入乳化劑、引發(fā)劑、破乳劑等，制備過(guò)程復(fù)雜。因此，尋找更加簡(jiǎn)便易操作的方法解決石墨烯在聚合物基體中的分散性問題是非常必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種羧基丁腈橡膠/石墨烯納米復(fù)合材料的乳液共凝聚的制備方法。本發(fā)明提供的制備方法有機(jī)溶劑使用量很少，能夠?qū)崿F(xiàn)石墨烯在聚合物基體中的良好分散，得到粒徑大小均勻的共凝聚粒子，且無(wú)需增加任何輔助設(shè)備，工藝簡(jiǎn)單，成本低，適用于大規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)。
[0006]本發(fā)明的方案如下:一種羧基丁腈橡膠/石墨烯納米復(fù)合材料，主要由下述原料制備而成:氧化石墨0.1-8重量份、羧基定睛膠乳10重量份、水合肼0.1-8重量份、適量凝聚劑。
[0007]前述羧基丁腈橡膠/石墨稀納米復(fù)合材料，優(yōu)選的方案在于，主要由下述原料制備而成:氧化石墨2-6重量份、羧基定睛膠乳10重量份、水合肼2-6重量份、適量凝聚劑。
[0008]前述羧基丁腈橡膠/石墨稀納米復(fù)合材料，優(yōu)選的方案在于，主要由下述原料制備而成:氧化石墨4重量份、羧基定睛膠乳10重量份、水合肼4重量份、適量凝聚劑。
[0009]前述羧基丁腈橡膠/石墨稀納米復(fù)合材料，優(yōu)選的方案在于，羧基定睛膠乳的固含量為44%，羧基含量約為4%。
[0010]前述羧基丁腈橡膠/石墨烯納米復(fù)合材料，優(yōu)選的方案在于，凝聚劑的種類選為CaCl2' Al2 (SO4) 3、Al (NO3) 3中的一種。
[0011]前述羧基丁腈橡膠/石墨烯納米復(fù)合材料，優(yōu)選的方案在于，凝聚劑的濃度為0.2mol/L，pH 為 2。
[0012]前面所述羧基丁腈橡膠/石墨烯納米復(fù)合材料的制備工藝，包括下述步驟:
a)投放氧化石墨在50-200重量份水中，采用功率為100W，頻率為50Hz的超聲波清洗器，于溫度20°C下分散3h，獲得氧化石墨烯水溶液。
[0013]b)將氧化石墨烯水溶液與羧基定睛膠乳攪拌均勻，然后在功率100W，頻率為50Hz，于溫度20°C，超聲分散時(shí)間為Ih下分散，加入與氧化石墨等重量份的水合肼，攪拌速率為300r/min，升溫至95°C，保持Ih ;獲得羧基丁腈橡膠和石墨烯的混合液；
c)倒入凝聚劑凝聚，去離子水清洗后，抽濾，置于50°C的烘箱中干燥12h，制得羧基丁腈橡膠/石墨稀納米復(fù)合材料。
[0014]本發(fā)明提供了一種羧基丁腈橡膠/石墨烯納米復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:a)將0.1-8重量份氧化石墨在50-200重量份水中，采用功率為100W，頻率為50Hz的超聲波清洗器，于溫度20°C下分散3h，，獲得氧化石墨烯水溶液。b)將氧化石墨烯水溶液與10重量份固含量為44%的羧基定睛膠乳攪拌均勻，然后在功率100W，頻率為50Hz，于溫度20°C，超聲分散時(shí)間為Ih下分散，加入與GO等重量份的水合肼，一定轉(zhuǎn)速下升溫至95°C，保持lh。然后倒入pH=2的凝聚劑中凝聚，去離子水清洗后，抽濾，置于50°C的烘箱中干燥12h，制得XNBR/石墨烯納米復(fù)合材料。c)將干燥后的復(fù)合母料以及各種助劑按一定比例加入到聚合物基體中，采用常規(guī)的橡膠硫化方法成型獲得羧基丁腈橡膠/石墨烯納米復(fù)合材料制品。
[0015]本發(fā)明公開了一種分散性良好的羧基丁腈橡膠/石墨烯納米復(fù)合材料，屬于聚合物納米復(fù)合材料領(lǐng)域。該復(fù)合材料主要原料包括:氧化石墨0.1-8重量份、羧基定睛膠乳10重量份、水合肼0.1-8重量份、凝聚劑。制備時(shí)，首先制備氧化石墨烯水溶液，然后將氧化石墨稀水溶液與羧基定睛膠乳攪拌均勾，超聲分散Ih后，加入水合肼還原，一定轉(zhuǎn)速下升溫至95°C，保持lh。然后倒入凝聚劑中凝聚，去離子水清洗后，抽濾，置于50°C的烘箱中干燥12h，制得XNBR/石墨烯納米復(fù)合材料。本發(fā)明提供的制備方法有機(jī)溶劑使用量很少，石墨烯以納米級(jí)石墨片層形式分散在羧基丁腈橡膠基體中，得到粒徑大小均勻的共凝聚粒子，且無(wú)需增加任何輔助設(shè)備，工藝簡(jiǎn)單環(huán)保，成本低廉，易于推廣應(yīng)用。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是一種羧基丁腈橡膠/石墨烯納米復(fù)合材料的SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的方案，保護(hù)范圍不被此限制。實(shí)施例中所用原料皆可從市場(chǎng)購(gòu)買。
[0018]本發(fā)明提供的羧基丁腈橡膠/石墨烯納米復(fù)合材料，主要原料包括:氧化石墨0.1-8重量份、羧基定睛膠乳10重量份、水合肼0.1-8重量份、適量凝聚劑。
[0019]實(shí)施例1羧