聚丙烯酸酯改性膨胀石墨及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及聚丙烯酸酯改性膨胀石墨及其制备方法和应用，属于膨胀石墨技术领域。本发明专利技术解决的技术问题是提供一种聚丙烯酸酯改性膨胀石墨的制备方法。该方法包括如下步骤：a、取N‑甲基吡咯烷酮，升温后，加入甲基丙烯酸羟乙酯和丙烯酸，再加入引发剂聚合反应，得到丙烯酸酯预聚体；b、改性：取膨胀石墨，溶解在混合溶液中，于85～95℃条件下回流反应后，加入丙烯酸酯预聚体升温至135～145℃回流反应，然后冷却至室温，过滤，洗涤，干燥，即得。本发明专利技术方法，在膨胀石墨的层间和层上成功接枝了聚丙烯酸酯，其原料易得，制备方法简单，制备成本较低，得到的聚丙烯酸酯改性膨胀石墨，能够应用在天然橡胶中，能够提高其摩擦性能和力学性能。

Polyacrylate Modified Expanded Graphite and Its Preparation and Application

The invention relates to polyacrylate modified expanded graphite and its preparation method and application, belonging to the technical field of expanded graphite. The technical problem solved by the invention is to provide a preparation method of expanded graphite modified by polyacrylate. The method includes the following steps: A. taking N_methyl pyrrolidone, adding hydroxyethyl methacrylate and acrylic acid after heating, then adding initiator to polymerize to obtain acrylate prepolymer; B. modifying: taking expanded graphite, dissolving in mixed solution, refluxing reaction at 85-95 C, adding acrylate prepolymer to reflux reaction at 135-145 C, and then refluxing reaction. Cooling to room temperature, filtering, washing, drying, you can. The method of the invention successfully grafts polyacrylate on the interlayer and the layer of expanded graphite. The raw material is easy to obtain, the preparation method is simple and the preparation cost is low. The obtained polyacrylate modified expanded graphite can be used in natural rubber, and the friction and mechanical properties can be improved.

【技术实现步骤摘要】
聚丙烯酸酯改性膨胀石墨及其制备方法和应用
本专利技术涉及聚丙烯酸酯改性膨胀石墨及其制备方法和应用，属于膨胀石墨

技术介绍
自19世纪60年代初膨胀石墨(EG)被发现以来，有关研究和新闻就未曾间断。膨胀石墨是一种疏松多孔而富于柔软性的蠕虫状物质，属新型功能性碳素材料。它是在强氧化剂作用下，由石墨的平面网状结构变成带正电荷的平面结构，极性分子插入到石墨层间形成的一种石墨层间化合物，这种化合物经高温或微波处理层间距急剧增加，可得到膨胀石墨，其膨胀体积可达50～300mL/g。其有较大的比表面积，一般可达50～200m2/g，除了同时具有石墨的许多优良性能以外，还具有天然石墨所没有的柔软、压缩回弹性、吸附性、生态环境协调性、生物相容性、耐辐射性等特性。膨胀石墨作为性能优异的非金属材料，在橡胶材料中发挥着独特的作用。目前的研究表明，膨胀石墨能够改进橡胶材料的耐磨性能、导热性能和气体阻隔性能等。在动态工况下表面和内部摩擦会导致橡胶材料生热和磨损，直至失效。而加入了膨胀石墨后，可以作为润滑剂，可减小橡胶材料的摩擦因数，提高橡胶材料的耐磨性能，有效延长橡胶制品的使用寿命。这是因为与碳纤维和聚四氟乙烯等润滑材料相比，石墨的层状结构使其层内碳原子的结合力比层间碳原子结合力大100多倍，层间极易滑动，产生低摩擦滑移，从而提高橡胶的使用寿命。但是，如果单纯的将膨胀石墨和橡胶材料复合，其耐磨性能和力学性能提高有限，因此，需要对膨胀石墨进行改性。目前，常用的改性是将膨胀石墨和其他材料进行复合，比如，王文平等在《高分子材料科学与工程》中发表的文章《聚甲基丙烯酸甲酯/膨胀石墨纳米导电复合材料的制备与表征》，采用原位聚合法将聚甲基丙烯酸甲酯与膨胀石墨进行复合，得到复合材料。但是，该材料的应用有限，并不能与天然橡胶很好的复合以提高橡胶的性能。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供一种聚丙烯酸酯改性膨胀石墨的制备方法，采用该方法制备得到的聚丙烯酸酯改性膨胀石墨，能够很好的与橡胶复合，提高橡胶的性能。本专利技术聚丙烯酸酯改性膨胀石墨的制备方法，包括如下步骤：a、制备丙烯酸酯预聚体：取N-甲基吡咯烷酮，升温至80～95℃后，加入甲基丙烯酸羟乙酯和丙烯酸，再加入引发剂进行聚合反应1.5～2h，得到丙烯酸酯预聚体；按体积比，甲基丙烯酸羟乙酯:丙烯酸:N-甲基吡咯烷酮＝5～8:20～30:50；b、改性：取膨胀石墨，溶解在混合溶液中，于85～95℃条件下回流反应1～2h后，加入丙烯酸酯预聚体升温至135～145℃回流反应0.5～1h，然后冷却至室温，过滤取固体，洗涤，干燥，即得聚丙烯酸酯改性膨胀石墨；其中，所述混合溶液为N-甲基吡咯烷酮、三乙胺、丙二酸二乙酯和甲苯-2，4-二异氰酸酯,且混合溶液中N-甲基吡咯烷酮、三乙胺、丙二酸二乙酯和甲苯-2，4-二异氰酸酯的体积比为30～50:6～10:15～25:2～6。作为优选方案，按体积比，甲基丙烯酸羟乙酯:丙烯酸:N-甲基吡咯烷酮＝6:24:50。优选的，所述引发剂为过氧化环己酮、过氧化苯甲酰或叔丁基过氧化氢；更优选的，所述引发剂为过氧化苯甲酰。优选的，b步骤中，膨胀石墨的体积为40～200mL/g。优选的，所述膨胀石墨是以天然鳞片石墨为原料，采用化学氧化法制备得到可膨胀石墨，可膨胀石墨在700～900℃的高温下膨胀得到。优选的，b步骤中，混合溶液中N-甲基吡咯烷酮、三乙胺、丙二酸二乙酯和甲苯-2，4-二异氰酸酯的体积比为40:8:20:4。优选的，b步骤中，膨胀石墨与丙烯酸酯预聚体的质量体积比为1g:15～25mL。优选的，b步骤中，膨胀石墨与混合溶液中的N-甲基吡咯烷酮的质量体积比为1g:3～5mL；更优选的，膨胀石墨与混合溶液中的N-甲基吡咯烷酮的质量体积比为1g:4mL。本专利技术解决的第二个技术问题是提供聚丙烯酸酯改性膨胀石墨。本专利技术聚丙烯酸酯改性膨胀石墨，由上述方法制备得到。该材料是在膨胀石墨层间及层上接枝聚丙烯酸酯，可应用在天然橡胶中，进一步提高橡胶的力学性能和耐磨性能。本专利技术还提供本专利技术的聚丙烯酸酯改性膨胀石墨在天然橡胶中应用。将聚丙烯酸酯改性膨胀石墨和天然橡胶通过熔融机械混合，硫化，压片，可显著提升天然橡胶的摩擦性能、增强其力学性能。优选的，聚丙烯酸酯改性膨胀石墨与天然橡胶按重量比2～10:100混合。与现有的技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术方法，在膨胀石墨的层间和层上成功接枝了聚丙烯酸酯，得到聚丙烯酸酯改性膨胀石墨，其原料易得，制备方法简单，制备成本较低。本专利技术的聚丙烯酸酯改性膨胀石墨，能够应用在天然橡胶中，很好的与天然橡胶复合，提高其摩擦性能和力学性能，将其与天然橡胶机械熔融共混制备得到的天然橡胶/聚丙烯酸酯改性膨胀石墨复合材料(NR/MGE)，具有耐磨、高强度的特点。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的聚丙烯酸酯改性膨胀石墨的FTIR图。图2为本专利技术实施例1制备的聚丙烯酸酯改性膨胀石墨的SEM照片。图3为实施例8产品、天然橡胶以及对比例1产品的力学性能。图4为实施例8产品、天然橡胶以及对比例1产品的摩擦性能。具体实施方式本专利技术聚丙烯酸酯改性膨胀石墨的制备方法，包括如下步骤：a、制备丙烯酸酯预聚体：取N-甲基吡咯烷酮，升温至80～95℃后，加入甲基丙烯酸羟乙酯和丙烯酸，再加入引发剂进行聚合反应1.5～2h，得到丙烯酸酯预聚体；按体积比，甲基丙烯酸羟乙酯:丙烯酸:N-甲基吡咯烷酮＝5～8:20～30:50；b、改性：取膨胀石墨，溶解在混合溶液中，于85～95℃条件下回流反应1～2h后，加入丙烯酸酯预聚体升温至135～145℃回流反应0.5～1h，然后冷却至室温，过滤取固体，洗涤，干燥，即得聚丙烯酸酯改性膨胀石墨；其中，所述混合溶液为N-甲基吡咯烷酮、三乙胺、丙二酸二乙酯和甲苯-2，4-二异氰酸酯，混合溶液中N-甲基吡咯烷酮、三乙胺、丙二酸二乙酯和甲苯-2，4-二异氰酸酯的体积比为30～50:6～10:15～25:2～6。本专利技术方法，在引发剂条件下将膨胀石墨与丙烯酸酯预聚体充分混合，在不断搅拌条件下加热使其反应，充分反应后过滤、洗涤、干燥破碎即得聚丙烯酸酯改性膨胀石墨，该改性膨胀石墨的制备原料易得，并在膨胀石墨层间和层上成功接枝了聚丙烯酸酯，将聚丙烯酸酯改性膨胀石墨应用于天然橡胶中，可以显著提高其摩擦性能和力学性能。本专利技术的制备方法，主要分为两步，首先进行丙烯酸酯的预聚，然后再进行包覆改性，这样保证预聚体能够进行充分聚合，单体之间充分反应，制备出均匀且性能稳定的聚丙烯酸酯预聚体。若是聚合反应与包覆改性同时进行，则单体与引发剂之间的反应会受到阻碍，从而使聚丙烯酸酯改性膨胀石墨有机官能团的含量大大减少，活性减弱，不能很好地增强天然橡胶的力学性能。a步骤主要是制备丙烯酸酯预聚体，采用甲基丙烯酸羟乙酯和丙烯酸为聚合单体，以N-甲基吡咯烷酮为溶剂，加入引发剂引发聚合，所得预聚体上含有羟乙酯的结构，羟基的引入有利于分子间氢键的形成，使得于改性膨胀石墨与天然橡胶之间更好地复合。作为优选方案，按体积比，甲基丙烯酸羟乙酯:丙烯酸:N-甲基吡咯烷酮＝6:24:50。a步骤中，引发剂可以采用本领域常用的，优选的，所述引发剂为过氧化环己酮、过氧化苯甲酰或叔丁基过氧化氢；更优选的，所述引发剂为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.聚丙烯酸酯改性膨胀石墨的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：a、制备丙烯酸酯预聚体：取N‑甲基吡咯烷酮，升温至80～95℃后，加入甲基丙烯酸羟乙酯和丙烯酸，再加入引发剂进行聚合反应1.5～2h，得到丙烯酸酯预聚体；按体积比，甲基丙烯酸羟乙酯:丙烯酸:N‑甲基吡咯烷酮＝5～8:20～30:50；b、改性：取膨胀石墨，溶解在混合溶液中，于85～95℃条件下回流反应1～2h后，加入丙烯酸酯预聚体升温至135～145℃回流反应0.5～1h，然后冷却至室温，过滤取固体，洗涤，干燥，即得聚丙烯酸酯改性膨胀石墨；其中，所述混合溶液为N‑甲基吡咯烷酮、三乙胺、丙二酸二乙酯和甲苯‑2，4‑二异氰酸酯,且混合溶液中N‑甲基吡咯烷酮、三乙胺、丙二酸二乙酯和甲苯‑2，4‑二异氰酸酯的体积比为30～50:6～10:15～25:2～6。

【技术特征摘要】
1.聚丙烯酸酯改性膨胀石墨的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：a、制备丙烯酸酯预聚体：取N-甲基吡咯烷酮，升温至80～95℃后，加入甲基丙烯酸羟乙酯和丙烯酸，再加入引发剂进行聚合反应1.5～2h，得到丙烯酸酯预聚体；按体积比，甲基丙烯酸羟乙酯:丙烯酸:N-甲基吡咯烷酮＝5～8:20～30:50；b、改性：取膨胀石墨，溶解在混合溶液中，于85～95℃条件下回流反应1～2h后，加入丙烯酸酯预聚体升温至135～145℃回流反应0.5～1h，然后冷却至室温，过滤取固体，洗涤，干燥，即得聚丙烯酸酯改性膨胀石墨；其中，所述混合溶液为N-甲基吡咯烷酮、三乙胺、丙二酸二乙酯和甲苯-2，4-二异氰酸酯,且混合溶液中N-甲基吡咯烷酮、三乙胺、丙二酸二乙酯和甲苯-2，4-二异氰酸酯的体积比为30～50:6～10:15～25:2～6。2.根据权利要求1所述的聚丙烯酸酯改性膨胀石墨的制备方法，其特征在于：a步骤中，按体积比，甲基丙烯酸羟乙酯:丙烯酸:N-甲基吡咯烷酮＝6:24:50。3.根据权利要求1所述的聚丙烯酸酯改性膨胀石墨的制备方法，其特征在于：a步骤中，所述引发剂为过氧化环己酮、过氧化苯甲酰或叔丁基过氧化氢；优选所述引发剂为过氧化苯甲酰。4.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹敏，陆佳华，安昀，
申请(专利权)人：攀枝花学院，
类型：发明
国别省市：四川,51