石墨烯杂化填料PS＠rGO-高分子学报.PDFVIP

第１２期 高　 分　 子　 学　 报 Ｎｏ．１２ ２０１６年１２月 ＡＣＴＡ ＰＯＬＹＭＥＲＩＣＡ ＳＩＮＩＣＡ Ｄｅｃ．，２０１６ 静电自组装制备交联聚苯乙烯纳米微球／ 石墨烯杂化 填料（ＰＳ＠ｒＧＯ）及其在丁苯橡胶中的应用研究∗ 陈耀燃　 林　 勇　 陈义中　 张　 颖　 刘　 岚∗∗ （华南理工大学材料科学与工程学院广州５１０６４０） 摘　 要　 以十六烷基三甲基溴化铵（ＣＴＡＢ）为乳化剂，合成了交联聚苯乙烯纳米微球（ＰＳ）阳离子乳液；通过 静电自组装以及原位还原制得了交联聚苯乙烯纳米微球／ 石墨烯杂化填料（ＰＳ＠ｒＧＯ）；将杂化填料与丁苯橡 胶共混，制备了ＳＢＲ／ ＰＳ＠ｒＧＯ纳米复合材料．Ｘ⁃射线衍射（ＸＲＤ）、红外光谱（ＦＴＩＲ）、拉曼光谱（Ｒａｍａｎ）和热 重分析（ＴＧＡ）证实了ＰＳ＠ｒＧＯ 中ｒＧＯ有效地得到还原并与ＰＳ存在着很强的π⁃π相互作用；扫描电子显微镜 （ＳＥＭ）测试结果表明，ＰＳ＠ｒＧＯ 中ＰＳ纳米微球的粒径约为６０ ～７０ ｎｍ，并均匀地吸附在ｒＧＯ表面，有效地阻 止了ｒＧＯ堆叠．ＳＢＲ／ ＰＳ＠ｒＧＯ纳米复合材料硫化性能研究表明，ＰＳ＠ｒＧＯ能大大缩短胶料的正硫化时间，增 大交联密度；ＳＥＭ，ＲＰＡ和Ｍｏｏｎｅｙ⁃Ｒｉｖｌｉｎ 模拟等证明了，杂化填料在ＳＢＲ基体中分散均匀，并搭接形成了更完 善的填料网络结构，具有较强的界面相互作用，使得复合材料的力学性能和耐磨性能有较大的提高，很好地实 现了补强．与添加同等３０份的沉淀法ＳｉＯ 相比，ＳＢＲ／ ＰＳ＠ｒＧＯ纳米复合材料不仅具有更优异的机械性能，而 ２ 且具有更低的密度，有望在轮胎等橡胶制品中应用，以降低驱动能耗、节省能源． 关键词　 交联聚苯乙烯纳米微球，氧化石墨烯，静电自组装，ＰＳ＠ｒＧＯ，丁二苯⁃苯乙烯橡胶 　 　 橡胶作为一种重要的战略性物资，由于其独 填料具有较大的比表面积以及高的表面能，使 特的高弹性，被广泛应用于各个产业中，特别是 得其容易团聚、难以在橡胶基体中均匀分散，也 轮胎产业．通过加入纳米填料实现对橡胶材料 极大影响了复合材料性能的提升，因而如何实 的增强，以满足橡胶材料不断提高的使用要求， 现纳米聚合物填料在橡胶基体中均匀分散成为 是橡胶工业的重要发展趋势．其中纳米聚合物 了研究的新型聚合物填料首先需要解决的问 填料由于可采用合成的方法获得，可通过对其 题． 结构设计，实现填料的多样化、可定制、高效、多 近年来，石墨烯（ＧＥ）作为一种纳米碳材料， 功能等方向发展；再者，由于聚合物的密度（多 由于其独特的结构以及物理性能引起了广泛的 ３ 研究．石墨烯作为橡胶纳米填料，不仅能够明显 小于１ ｇ／ ｃｍ ）远低于传统填料（如炭黑为 １７ ３ ３ 提高橡胶复合材料的物理机械性能，同时赋予 ｇ／ ｃｍ 、白炭黑为２２ ｇ／ ｃｍ ）的密度，因而有利 于复合材料的轻量化，特别是对轮胎等橡胶制 其功能性，包括导热、导电、气体阻隔性等［２～４］． 品，在保证机械性能的前提下，降低密度有利于 然而，由于石墨烯片层间的强范德华力以及高 ［１］ ［５］ 节能降耗．Ｌｕ等 通过自由基乳液制备了交联 比表面积，使其容易二次团聚堆积 ．有研究表 聚苯乙烯纳米微球（ＰＳ），并将其作为填料制备 明，通过使用其他纳米粒子对