一种石墨烯橡胶高分子远红外线复合发泡材料

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，具体为一种石墨烯橡胶高分子远红外线复合发泡材料。

背景技术

远红外线是指红光外侧的光线，属于电磁波的范畴，具有强热的作用。因为远红外线有如此的功能，它在医学上有特殊的功能，比如可以深入人体的皮下组织，促进血液循环。远红外线的的深透力可达肌肉关节深处，改善关节的疼痛，可以调节自主神经，能将人体疲劳和老化的物质直接从皮肤代谢，也可以进行美容和减肥，远红外线也是一种优秀的理疗方式，可以促进血液循环，改善循环系统，增强新陈代谢，提高免疫功能。经国家远红外中心检测：红外线波长可达4-16nm。

石墨烯的热量，在于其远红外的特殊性，在于发热的均匀性、稳定性、全面性，数亿个石墨烯分子在同一表面上同时发热，如大气蒸腾般柔和却又无法抵挡地深入人体，而与人体同频的远红外共振，又将这种能量源源不断在人体内发挥它的作用。石墨烯加热发射6-15μm远红外光波，而基于石墨烯这种几乎与人体同频的远红外，人体生物细胞能更好接收到石墨烯发射的能量。能有效激活身体细胞核酸蛋白质等生物分子，改善血液循环，增强新陈代谢，具有良好的消炎、镇痛等健康理疗效果。然而石墨烯仅由碳原子构成不含任何官能团，同时因为其片层静电作用导致石墨烯的溶解性不好，与橡胶的相容性也不好，无法在橡胶复合材料中发挥最大的作用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种石墨烯橡胶高分子远红外线复合发泡材料，本发明复合材料中氧化石墨烯在天然橡胶中分散性良好，能更好的提高石墨烯的远红外光发射率。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种石墨烯橡胶高分子远红外线复合发泡材料，包括以下按照重量份的材料：天然橡胶30-45份、POE弹性体5-9份、三元乙丙胶10-12份、白炭黑8-14份、异戊二烯橡胶3-6份、硬脂酸锌2-5份、氧化石墨烯5-8份、氧化锌6-9份、无味交联剂3-8份、硬脂酸3-5份、发泡剂4-7份、硅烷偶联剂5-8份，其中，所述氧化石墨烯是以石墨、硝酸钠、高锰酸钾和浓硫酸为原料制备而成。

进一步地，包括以下按照重量份的材料：天然橡胶37份、POE弹性体6份、三元乙丙胶11份、白炭黑8份、异戊二烯橡胶4份、硬脂酸锌3份、氧化石墨烯6份、氧化锌8份、无味交联剂4份、硬脂酸4份、发泡剂6份、硅烷偶联剂7份。

进一步地，所述氧化石墨烯的具体制备方法为：取1.4份鳞片石墨、6份硝酸钠、4份高锰酸钾和32份浓硫酸依次倒入反应釜胆中，混合摇匀，置于0℃的冷藏室中反应3h，移置90℃烘箱内反应3h，取出静置冷却至20-25℃，将反应釜胆内混合物倒入除盐水中，磁力搅拌，滴加双氧水至溶液呈金黄色，依次使用1mol/L盐酸、除盐水在5500r/min下离心洗涤，直至pH接近中性，将絮体溶于除盐水中，超声搅拌联用，分散制得氧化石墨烯。

进一步地，所述复合发泡材料的制备工艺中首先将所述天然橡胶与氧化石墨烯通过湿式转移法进行复合。

进一步地，所述湿式转移法具体步骤为：首先将0.2wt％氧化石墨烯水溶液添加在100g天然橡胶中，超声分散5min；然后倒出混合物上部分离出的水层，置于烘箱内在100℃温度下烘烤48h，得到深黑色黏状物；再超声分散5min，加入5g多胺作为固化剂。

进一步地，所述无味交联剂为无味DCP，分子式为C6H4[C(CH3)2OOC(CH3)3]2，来源为法国阿科玛ARKEMA，该无味DCP硫化、交联效果好，生产的产品比较稳定。

进一步地，所述发泡剂为碳酸钙或碳酸氢钠。

进一步地，所述硅烷偶联剂为γ―氨丙基三乙氧基硅烷。

本发明的有益效果为：

(1)本发明将为了解决石墨烯在天然橡胶中易发生团聚的现象，不能发挥应有的效果，因此，本发明中将石墨经过强氧化剂和强酸进行氧化，保持了石墨原有的片层结构，同时片层面积增大使碳原子间sp

(2)与天然橡胶复合或的氧化石墨烯能吸收和辐射高达40％的远红外线，人体远红外线的吸收机制是通过人体组织的细胞分子中的碳-碳，碳-氢键，氧-氢键等的伸缩振动,其谐振波大部分在3-15微米，和远红外线的波长和振幅相同，引起共振共鸣。石墨烯加热发射的4-16微米远红外波，能有激活身体细胞核酸蛋白质等生物分子等功能。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

实施例1

制备石墨烯橡胶高分子远红外线复合发泡材料的方法，包括以下步骤：

取1.4份鳞片石墨、6份硝酸钠、4份高锰酸钾和32份浓硫酸依次倒入反应釜胆中，混合摇匀，置于0℃的冷藏室中反应3h，移置90℃烘箱内反应3h，取出静置冷却至20℃，将反应釜胆内混合物倒入除盐水中，磁力搅拌，滴加双氧水至溶液呈金黄色，依次使用1mol/L盐酸、除盐水在5500r/min下离心洗涤，直至pH接近中性，将絮体溶于除盐水中，超声搅拌联用，分散制得氧化石墨烯。

按照重量份称取氧化石墨烯5份放入60份的水中制备氧化石墨烯水溶液，将3份的γ―氨丙基三乙氧基硅烷加入到石墨烯水溶液中，在60℃下，磁力搅拌3h，得到改性石墨烯分散液；将12氧化石墨烯水溶液添加在30份天然橡胶中，超声分散5min；然后倒出混合物上部分离出的水层，置于烘箱内在100℃温度下烘烤48h，得到深黑色黏状物；再超声分散5min，加入5份多胺作为固化剂；称取POE弹性体5份、三元乙丙胶10份、白炭黑8份、异戊二烯橡胶3份、硬脂酸锌2份、氧化锌份、无味交联剂3份、硬脂酸份、发泡剂4份、硅烷偶联剂5份，加入复合后的氧化石墨烯分散液，不断加水搅拌使混合均匀，机械搅拌20min得到天然胶乳混合液。制备质量分数为8wt％的甲酸溶液，然后将其加入到天然胶乳混合液中，不断搅拌破乳，得到填料含量为20wt％的生胶；将生胶在水中浸泡24h以去除甲酸(中间需要换水2～3次)，之后将其放入到烘箱中干燥。将干燥后的生胶塑炼、混炼、硫化；混炼完成后保持0.3cm的辊距，继续开炼8min，使混炼胶中的填料定向排列；接着将混炼胶以层层堆叠的方式放入到硫化机模具中硫化，得到石墨烯天然橡胶复合材料。

实施例2

制备石墨烯橡胶高分子远红外线复合发泡材料的方法，包括以下步骤：

取1.4份鳞片石墨、6份硝酸钠、4份高锰酸钾和32份浓硫酸依次倒入反应釜胆中，混合摇匀，置于0℃的冷藏室中反应3h，移置90℃烘箱内反应3h，取出静置冷却至23℃，将反应釜胆内混合物倒入除盐水中，磁力搅拌，滴加双氧水至溶液呈金黄色，依次使用1mol/L盐酸、除盐水在5500r/min下离心洗涤，直至pH接近中性，将絮体溶于除盐水中，超声搅拌联用，分散制得氧化石墨烯。

按照重量份称取氧化石墨烯8份放入60份的水中制备氧化石墨烯水溶液，将3份的γ―氨丙基三乙氧基硅烷加入到石墨烯水溶液中，在60℃下，磁力搅拌3h，得到改性石墨烯分散液；将12氧化石墨烯水溶液添加在37份天然橡胶中，超声分散5min；然后倒出混合物上部分离出的水层，置于烘箱内在100℃温度下烘烤48h，得到深黑色黏状物；再超声分散5min，加入5份多胺作为固化剂；称取POE弹性体7份、三元乙丙胶11份、白炭黑13份、异戊二烯橡胶4份、硬脂酸锌3份、氧化锌7份、无味交联剂5份、硬脂酸4份、发泡剂6份、硅烷偶联剂5-8份，加入复合后的氧化石墨烯分散液，不断加水搅拌使混合均匀，机械搅拌20min得到天然胶乳混合液。制备质量分数为8wt％的甲酸溶液，然后将其加入到天然胶乳混合液中，不断搅拌破乳，得到填料含量为20wt％的生胶；将生胶在水中浸泡24h以去除甲酸(中间需要换水2～3次)，之后将其放入到烘箱中干燥。将干燥后的生胶塑炼、混炼、硫化；混炼完成后保持0.3cm的辊距，继续开炼8min，使混炼胶中的填料定向排列；接着将混炼胶以层层堆叠的方式放入到硫化机模具中硫化，得到石墨烯天然橡胶复合材料。

实施例3

制备石墨烯橡胶高分子远红外线复合发泡材料的方法，包括以下步骤：

取1.4份鳞片石墨、6份硝酸钠、4份高锰酸钾和32份浓硫酸依次倒入反应釜胆中，混合摇匀，置于0℃的冷藏室中反应3h，移置90℃烘箱内反应3h，取出静置冷却至25℃，将反应釜胆内混合物倒入除盐水中，磁力搅拌，滴加双氧水至溶液呈金黄色，依次使用1mol/L盐酸、除盐水在5500r/min下离心洗涤，直至pH接近中性，将絮体溶于除盐水中，超声搅拌联用，分散制得氧化石墨烯。

按照重量份称取氧化石墨烯8份放入60份的水中制备氧化石墨烯水溶液，将3份的γ―氨丙基三乙氧基硅烷加入到石墨烯水溶液中，在60℃下，磁力搅拌3h，得到改性石墨烯分散液；将12氧化石墨烯水溶液添加在45份天然橡胶中，超声分散5min；然后倒出混合物上部分离出的水层，置于烘箱内在100℃温度下烘烤48h，得到深黑色黏状物；再超声分散5min，加入5份多胺作为固化剂；称取POE弹性体9份、三元乙丙胶12份、白炭黑14份、异戊二烯橡胶6份、硬脂酸锌5份、氧化锌9份、无味交联剂8份、硬脂酸5份、发泡剂7份、硅烷偶联剂8份，加入复合后的氧化石墨烯分散液，不断加水搅拌使混合均匀，机械搅拌20min得到天然胶乳混合液。制备质量分数为8wt％的甲酸溶液，然后将其加入到天然胶乳混合液中，不断搅拌破乳，得到填料含量为20wt％的生胶；将生胶在水中浸泡24h以去除甲酸(中间需要换水2～3次)，之后将其放入到烘箱中干燥。将干燥后的生胶塑炼、混炼、硫化；混炼完成后保持0.3cm的辊距，继续开炼8min，使混炼胶中的填料定向排列；接着将混炼胶以层层堆叠的方式放入到硫化机模具中硫化，得到石墨烯天然橡胶复合材料。

通过对实施例1-实施例3所制得石墨烯天然橡胶复合材料进行远红外法向发射率的测试，所得结果如下表1所示：

测试结果

表1

从上表1可以看出实施例2的各项数据更好，为最优实施例。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。