改性氧化石墨烯/丁苯橡胶复合材料的制备及性能研究(3)
Kang等[19]利用PVP分子的缠绕包覆，从而实现了多壁碳纳米管在水中的稳定分散，并与聚苯乙烯进行乳液混合制备了多壁碳纳米管填充的聚苯乙烯复合材料。PVP改性后碳纳米管在聚苯乙烯中实现了均匀的分散，显著地提升了复合材料的导电性能，其导电渗流阈值低至0.9wt%。Yoon等[20]发现在PVP存在条件下，可以在水溶液中经过超声直接从石墨剥离得到石墨烯，通过聚合物包覆石墨烯单片层从而实现石墨烯在水中的稳定分散，而且得到的石墨烯结构并没有遭到氧化或其它破坏，不仅可以在水溶液中均匀分散，也能稳定分散在许多有机溶剂中。
1.4 氧化石墨烯/橡胶复合材料的制备
GO比表面积大，容易团聚，通过改进复合材料的制备方法也可改善其分散性。常用的制备橡胶复合材料的方法有机械混合、原位混合、溶液混合和乳液混合等。
1.4.1 机械混合
机械混合是用机械设备对橡胶基体不断施加剪切力，使填料均匀分散[21]。其优点是经济、规模化，不使用有机溶剂，而且通用于各种橡胶。缺点是填料容易发生团聚，分散性低，而且填料与橡胶基体之间的界面相互作用差。
Varghese等[22]通过机械共混的方法将石墨烯纳米片添加到丁腈橡胶中。研究发现，极少的填充量就可以显著提升橡胶的硫化性能，在填充量为5份时，拉伸强度提升幅度达到了190%。虽然直接的机械混合也对橡胶的性能有了一定的提升，但对填料的要求比较高。石墨烯和氧化石墨烯比表面积大，仍然极容易在橡胶基体中发生堆叠，因此难以实现直接用机械共混来制备低含量高性能的GO/丁腈橡胶复合材料。
1.4.2 原位混合
原位混合是指在橡胶基体内有效剥离填料，而不是在剥离填料后再混合。先把聚合物单体与填料混合，再加入引发剂开始反应。原位混合的优点在于可以增加填料的片层间距，使得填料在橡胶基体中不易发生团聚。缺点在于填料加入以后，单体的聚合反应会受影响，变得复杂。
Zhan等[23]在胶乳中的原位还原GO制得了石墨烯/天然橡胶复合材料，复合材料具有优异的导电性能，其渗流阈值低至0.62vol%。
1.4.3 溶液混合
溶液混合是指先将GO通过超声分散于溶剂中，再加到溶有聚合物的溶液里，最后去溶剂。此过程中聚合物能吸附于GO片层上，蒸发溶剂后，GO片层把聚合物夹在层间，这样就阻止了GO 的团聚增加了其分散性。
Li等[24]将GO分散在二甲基甲酰胺（DMF）中，通过溶液共混法将GO-DMF溶液加入到丁腈橡胶（NBR）-丙酮溶液中，最后得到了GO/NBR复合材料。通过SEM发现，GO在NBR基体中分散均匀，没有明显的聚集。而且复合材料的耐磨性能有了很大的提高。Zhang等[25]采用3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）作为改性剂，将改性GO溶解在氯仿中，再通过溶液共混法将溶解GO的氯仿加入到硅橡胶（PDMS）溶液中，制备了改性GO/PDMS复合材料。研究发现，当向PDMS复合材料中填充3wt%改性GO时，其杨氏模量增加了71%。
1.4.4 乳液混合
GO由于其表面存在大量的极性基团，因此能稳定分散在水中。可将以水溶液形式存在的GO直接与橡胶胶乳进行混合，这种方法可以避免使用有机溶剂，防止对环境的危害。
Stanier等[26]用乳液共混法制备了GO/天然橡胶复合材料，研究了复合材料的粘弹性和力学性能。结果表明，当向橡胶材料中填充1wt%的GO时，其杨氏模量增加了50%。