一种氧化石墨烯增强型吸水膨胀橡胶的制备方法及吸水膨胀橡胶技术

本发明专利技术涉及一种氧化石墨烯增强型吸水膨胀橡胶的制备方法，属于橡胶技术领域领域。本发明专利技术采用绿色的乳液复合法，首先制备了均匀分散的氧化石墨烯/橡胶母胶，再将其与吸水材料和其他橡胶助剂混合，最后硫化得到了高性能的氧化石墨烯增强型吸水膨胀橡胶。该方法实现了氧化石墨烯在橡胶中的均匀分散，充分发挥了GO二维大片层材料的优势，得到了力学性能和吸水性能优异的高性能吸水膨胀橡胶。此外，本发明专利技术还具有设备简单、操作简单、可控性好、无有机溶剂污染并且利于工业化生产等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种氧化石墨烯增强型吸水膨胀橡胶的制备方法及吸水膨胀橡胶
本专利技术涉及橡胶
，具体地说，是涉及一种氧化石墨烯增强型吸水膨胀橡胶的制备方法及吸水膨胀橡胶。
技术介绍
吸水膨胀橡胶是一种兼具优异弹性和吸水膨胀性能的新型功能材料，主要成分是由橡胶基体和吸水材料组成。当其与水接触时能产生吸水的效果并且体积会发生膨胀，其膨胀程度可达到自身重量或体积的数倍甚至数百倍，同时还能保持橡胶固有的弹性和强度，并且还具有良好的保水率。这种特性使其在有效的体积膨胀范围内起到弹性密封止水和吸水膨胀止水的双重作用。目前，在隧道、地铁、大坝、水库、仪器以及工程变形缝、施工缝等建筑工程的防水密封等方面得到了广泛应用。氧化石墨烯(GO)是一种二维片层材料，表面具有丰富的含氧官能团，GO片层之间非常容易聚集。目前大量的研究都表明，在解决好GO在橡胶中的分散难题的前提下，在橡胶中加入少量的GO，便可大幅度提高橡胶的力学性能、气体阻隔性能等，这为GO在吸水膨胀橡胶中的应用提供了可能。目前，文献也报道了在丙酮溶剂中将GO填充到了丁腈橡胶(NBR)中，进而制备出了含有GO的新型吸水膨胀橡胶(GO/NBR吸水膨胀橡胶的制备与性能[J].胶体与聚合物,2018(2))。吸水性能测试表明GO的加入使橡胶吸水性能变好，吸水倍率明显增大。但是GO的加入也使得吸水膨胀橡胶的力学性能有所下降。另外，溶剂复合制备GO/橡胶复合材料过程中会用到大量的有机溶剂，存在着溶剂污染和回收等问题，难以进行大规模工业化制备。因此，如何采用绿色复合工艺，制备出高性能并且易于工业生产的GO/吸水膨胀橡胶成为研究的难点和关键。
技术实现思路
为了解决以上现有技术中存在的问题，本专利采用绿色、环保、高效的乳液絮凝法，先将GO预分散在橡胶基体中得到GO/橡胶母胶，近一步，通过机械共混法将吸水材料以及其他橡胶助剂填充到橡胶中。本专利技术的目的之一是提供一种氧化石墨烯增强型吸水膨胀橡胶的制备方法，包括以下步骤：(1)氧化石墨烯水分散液的制备，取氧化石墨烯超声分散于去离子水中，得到氧化石墨烯水分散液；(2)氧化石墨烯/橡胶母胶的制备，将橡胶胶乳与上述氧化石墨烯水分散液混合，搅拌得到氧化石墨烯/橡胶胶乳混合液，将氧化石墨烯/橡胶胶乳混合液倒入絮凝剂溶液中，充分搅拌直至完全絮凝得到氧化石墨烯/橡胶絮凝胶，将絮凝胶洗涤干净并充分干燥得到氧化石墨烯/橡胶母胶；(3)氧化石墨烯增强型吸水膨胀橡胶的制备，将氧化石墨烯/橡胶母胶与吸水材料以及助剂混合制备得到混炼胶，最后通过硫化得到所述氧化石墨烯增强型吸水膨胀橡胶；其中，橡胶胶乳以干胶含量计，橡胶为100重量份，氧化石墨烯为0.1～50重量份，优选为1～15重量份。本专利技术所采用的絮凝剂优选为硫酸、硝酸、盐酸、氢溴酸、醋酸、氯化钙、氯化钠、氯化钾、硫酸钠、乙醇、甲酸中的至少一种，更优选硫酸、盐酸、氯化钙、氯化钠、甲酸。本专利技术所采用的橡胶胶乳优选为天然胶乳、丁苯胶乳、羧基丁苯吡胶乳、丁腈胶乳、羧基丁腈胶乳、丁基胶乳、溴化丁基胶乳、氯化丁基胶乳、环氧天然胶乳、丙烯酸酯胶乳、氯丁胶乳、羧基氯丁胶乳、丁二烯胶乳、乙丙胶乳、环氧化乙丙胶乳、聚异戊二烯胶乳、氟橡胶胶乳、硅橡胶胶乳、环氧化硅橡胶胶乳、丁吡胶乳、聚氨酯胶乳、氯磺化聚乙烯胶乳、氯醇橡胶胶乳、聚硫橡胶胶乳中的至少一种，更优选天然胶乳、丁苯胶乳、羧基丁腈胶乳、丁腈胶乳、氯丁胶乳。本专利技术所采用的吸水材料为丙烯酸、丙烯酸盐、丙烯酸酯、丙烯酰胺、二(甲基)丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、多元醇的聚(甲基)丙烯酸酯、丙烯酸-丙烯酰胺共聚物、交联型聚丙烯酸盐、淀粉、淀粉接枝丙烯腈、淀粉接枝丙烯酸盐、淀粉接枝丙烯酸酰胺、淀粉接枝丙烯酸酯、纤维素、纤维素接枝丙烯腈、纤维素接枝丙烯酸盐、纤维素接枝丙烯酸酯、纤维素接枝丙烯酸酰胺、羟甲基化纤维素、聚乙二醇、聚乙二醇丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚乙烯醇-酸酐交联共聚物、聚乙烯醇-丙烯酸交联共聚物、醋酸乙烯-丙烯酸酯共聚水解物、聚氨酯预聚体、水滑石、膨润土、粘土、白炭黑中的至少一种，更优选聚丙烯酸盐、聚丙烯酰胺、淀粉接枝丙烯酸盐、纤维素接枝丙烯酸盐、聚氨酯预聚体。本专利技术所采用的氧化石墨烯的厚度优选为0.335～5nm，横向尺寸优选为50nm～500μm。步骤(1)中，氧化石墨烯水分散液中氧化石墨烯的质量分数为优选0.01～50％，更优选为1～15％。步骤(1)中，优选地，超声时间为10～300min，超声功率为100～2000w，超声频率为1～30kHz；更优选地，超声时间为30～120min，超声功率为400～1500w，超声频率为5～15Hz。步骤(2)中，优选地，橡胶胶乳与氧化石墨烯水分散液混合的搅拌速度为50～5000rpm/min，搅拌时间为1～300min；更优选地，搅拌速度为100～800rpm/min，搅拌时间为5～120min。步骤(3)中，将氧化石墨烯/橡胶母胶与活性剂、防老剂、增塑剂、补强剂、吸水材料混合，然后加入促进剂和硫化剂制备得到混炼胶，最后通过硫化得到所述氧化石墨烯增强型吸水膨胀橡胶。所述助剂为活性剂、防老剂、增塑剂、补强剂、促进剂、硫化剂等本领域常用的助剂，其用量均为常规用量，或根据实际情况的要求进行调整。本专利技术的制备方法具体可采用如下步骤：(1)氧化石墨烯水分散液的制备取一定量的氧化石墨烯超声分散于去离子水中，超声时间为10～300min，超声功率为100～2000w，超声频率为1～30kHz，得到氧化石墨烯水分散液。(2)氧化石墨烯/橡胶母胶的制备取一定量的橡胶胶乳与上述氧化石墨烯水分散液混合，在50～5000rpm/min的速度下搅拌1～300min，得到氧化石墨烯/橡胶胶乳混合液。将氧化石墨烯/橡胶胶乳混合液倒入絮凝液中，充分搅拌直至完全絮凝得到氧化石墨烯/橡胶絮凝胶。将絮凝胶洗涤干净并充分干燥得到氧化石墨烯/橡胶母胶。(3)氧化石墨烯增强型吸水膨胀橡胶的制备制备过程如下：将氧化石墨烯/橡胶母胶置于橡胶开炼机或密炼机中，其次加入活性剂、防老剂、增塑剂、补强剂、吸水材料，然后加入促进剂和硫化剂制备得到混炼胶，最后通过硫化得到氧化石墨烯增强型吸水膨胀橡胶。本专利技术的目的之二为提供一种由所述制备方法得到氧化石墨烯增强型吸水膨胀橡胶。本专利技术采用绿色的乳液复合法，首先制备得到了均匀分散的氧化石墨烯/橡胶母胶，再将其与吸水材料和其他橡胶助剂混合，最后硫化得到了高性能的氧化石墨烯增强型吸水膨胀橡胶。该技术实现了GO在橡胶中的均匀分散，充分发挥了GO二维大片层材料的优势，得到了力学性能和吸水性能优异的高性能吸水膨胀橡胶。附图说明图1为本专利技术制备的氧化石墨烯原子力(AFM)图。图2为图1中相应的高度图。图3为本专利技术实施例3制备的氧化石墨烯/丁腈橡胶(含5份氧化石墨烯)的透射电镜(TEM)图。具体实施方式...

【技术保护点】
1.一种氧化石墨烯增强型吸水膨胀橡胶的制备方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：/n(1)氧化石墨烯水分散液的制备，取氧化石墨烯超声分散于去离子水中，得到氧化石墨烯水分散液；/n(2)氧化石墨烯/橡胶母胶的制备，将橡胶胶乳与上述氧化石墨烯水分散液混合，搅拌得到氧化石墨烯/橡胶胶乳混合液，将氧化石墨烯/橡胶胶乳混合液倒入絮凝剂溶液中，充分搅拌直至完全絮凝得到氧化石墨烯/橡胶絮凝胶，将絮凝胶洗涤干净并充分干燥得到氧化石墨烯/橡胶母胶；/n(3)氧化石墨烯增强型吸水膨胀橡胶的制备，将氧化石墨烯/橡胶母胶与吸水材料以及助剂混合制备得到混炼胶，最后通过硫化得到所述氧化石墨烯增强型吸水膨胀橡胶；/n其中，橡胶为100重量份，氧化石墨烯为0.1～50重量份。/n

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯增强型吸水膨胀橡胶的制备方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
(1)氧化石墨烯水分散液的制备，取氧化石墨烯超声分散于去离子水中，得到氧化石墨烯水分散液；
(2)氧化石墨烯/橡胶母胶的制备，将橡胶胶乳与上述氧化石墨烯水分散液混合，搅拌得到氧化石墨烯/橡胶胶乳混合液，将氧化石墨烯/橡胶胶乳混合液倒入絮凝剂溶液中，充分搅拌直至完全絮凝得到氧化石墨烯/橡胶絮凝胶，将絮凝胶洗涤干净并充分干燥得到氧化石墨烯/橡胶母胶；
(3)氧化石墨烯增强型吸水膨胀橡胶的制备，将氧化石墨烯/橡胶母胶与吸水材料以及助剂混合制备得到混炼胶，最后通过硫化得到所述氧化石墨烯增强型吸水膨胀橡胶；
其中，橡胶为100重量份，氧化石墨烯为0.1～50重量份。


2.根据权利要求1所述的氧化石墨烯增强型吸水膨胀橡胶的制备方法，其特征在于：
所述絮凝剂选自硫酸、硝酸、盐酸、氢溴酸、醋酸、氯化钙、氯化钠、氯化钾、硫酸钠、乙醇、甲酸中的至少一种。


3.根据权利要求1所述的氧化石墨烯增强型吸水膨胀橡胶的制备方法，其特征在于：
所述橡胶胶乳选自天然胶乳、丁苯胶乳、羧基丁苯吡胶乳、丁腈胶乳、羧基丁腈胶乳、丁基胶乳、溴化丁基胶乳、氯化丁基胶乳、环氧天然胶乳、丙烯酸酯胶乳、氯丁胶乳、羧基氯丁胶乳、丁二烯胶乳、乙丙胶乳、环氧化乙丙胶乳、聚异戊二烯胶乳、氟橡胶胶乳、硅橡胶胶乳、环氧化硅橡胶胶乳、丁吡胶乳、聚氨酯胶乳、氯磺化聚乙烯胶乳、氯醇橡胶胶乳、聚硫橡胶胶乳中的至少一种。


4.根据权利要求1所述的氧化石墨烯增强型吸水膨胀橡胶的制备方法，其特征在于：
所述吸水材料选自丙烯酸、丙烯酸盐、丙烯酸酯、丙烯酰胺、二(甲基)丙烯酸酯、...

【专利技术属性】
技术研发人员：温世鹏，苏玉仙，郑龙，刘力，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11