一种石墨烯抗静电医用鞋底复合材料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种石墨烯抗静电医用鞋底复合材料及其制备方法 (Graphene antistatic medical sole composite material and preparation method thereof ) 是由 丁天宁 丁德材 丁幼丝 于 2020-12-11 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种石墨烯抗静电医用鞋底复合材料及其制备方法,包括以下原料：丁基橡胶,天然橡胶,顺丁橡胶,三元乙丙胶,白炭黑,石墨烯,抗静电粉,流动助剂,氧化锌,硬脂酸锌,硬脂酸,无味交联剂,发泡剂。所述复合材料制备方法如下：将用流动助剂和硬脂酸处理的石墨烯加热后,依次加入丁基橡胶、天然橡胶、顺丁橡胶和三元乙丙橡胶,在混炼机中进行混炼,得到混合原胶；再向混合原胶中加入白炭黑,抗静电粉,氧化锌,硬脂酸锌,无味交联剂,发泡剂进行再次混炼硫化交联,即得石墨烯抗静电医用鞋底复合材料,该复合材料具有抗静电、抗菌、弹性高、耐磨性好,无毒,不易变形,易清洁等优点,从而其作为医用鞋底使用效果更好。(The invention provides a graphene antistatic medical sole composite material and a preparation method thereof, wherein the graphene antistatic medical sole composite material comprises the following raw materials: butyl rubber, natural rubber, butadiene rubber, ethylene propylene diene monomer, white carbon black, graphene, antistatic powder, a flow aid, zinc oxide, zinc stearate, stearic acid, an odorless crosslinking agent and a foaming agent. The preparation method of the composite material comprises the following steps: heating graphene treated by a flow aid and stearic acid, sequentially adding butyl rubber, natural rubber, butadiene rubber and ethylene propylene diene monomer rubber, and mixing in a mixing roll to obtain mixed virgin rubber; and then adding the white carbon black, the antistatic powder, the zinc oxide, the zinc stearate, the tasteless cross-linking agent and the foaming agent into the mixed virgin rubber for mixing, vulcanizing and cross-linking again to obtain the graphene antistatic medical sole composite material.)
技术领域
本发明属于橡胶基复合材料技术领域，具体涉及一种石墨烯抗静电医用鞋底复合材料及其制备方法。
背景技术
橡胶材料是目前国民经济和高科技领域不可缺少和替代的关键材料之一，并广泛的应用于航空航天、军事、交通运输、高铁、电子信息、能源动力以及国家重大基础工程建设等领域。近年，随着科学技术的进步，对橡胶材料的要求也越来越高，新型橡胶材料不仅要具备高强度、高弹性等性能，同时还需要具备高耐磨、高耐油、耐高低温、寿命长等特点。石墨烯是一种以sp2杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，其作为橡胶的补强材料，少量填充即可大幅度提高橡胶的机械性能，并且能展现其良好的电、热特性，可以作为一种非常理想的医用纳米材料。
因此开展石墨烯与橡胶复合材料的研究，对于提高我国橡胶产业的整体水平意义重大。然而，实际生产加工过程中，石墨烯在橡胶基体中的分散一直是困扰石墨烯橡胶复合材料的瓶颈，由于表面张力和自聚集的原因，橡胶和石墨烯之间结合力很低，极易相分离，从而是复合材料的性能大打折扣，远达不到预期的效果。
医用复合材料具有技术含量高和附加值高的特点，极具发展潜力。作为医用复合材料需要满足以下几个条件：所使用的的增塑剂不易从材料中渗出；不宜选用重金属化合物作为热稳定剂；其他添加剂、助剂不能有副作用或与材料发生副反应，且长期使用时要防止或减少助剂的析出。同时作为医用鞋底还需要具备防静电的功能，以避免在行走过程中和地面产生静电从而影响医务人员的治疗活动。
为了解决以上问题，开发一种石墨烯抗静电医用鞋底复合材料是很有必要的。
发明内容
基于以上现有技术，本发明的目的在于提供一种石墨烯抗静电医用鞋底复合材料及其制备方法，该具有抗静电、抗菌、弹性高、耐磨性好，无毒，不易变形，易清洁等优点，从而其作为医用鞋底使用效果更好。
为了实现以上目的，本发明采用的技术方案为：
一种石墨烯抗静电医用鞋底复合材料，所述复合材料的基本组成包括以下重量份原料：丁基橡胶25～35份，天然橡胶35～45份，顺丁橡胶5～15份，三元乙丙胶10～20份，白炭黑3～8份，石墨烯0.5～10份，抗静电粉4～8份，流动助剂0.5～1.5份，氧化锌5～10份，硬脂酸锌1～3份，硬脂酸0.4～2份，无味交联剂0.5～2.5份，发泡剂2～5份。
为了更好的实现本发明，进一步的，所述复合材料的基本组成包括以下重量份原料：丁基橡胶30份，天然橡胶40份，顺丁橡胶10份，三元乙丙胶15份，白炭黑5份，石墨烯5份，抗静电粉5份，流动助剂1.0份，氧化锌7份，硬脂酸锌2份，硬脂酸1份，无味交联剂1.5份，发泡剂3份。
为了更好的实现本发明，进一步的，所述抗静电粉为乙氧基化脂肪族烷基胺，流动助剂为二硫化四甲基秋兰姆、六硫化双甲撑秋兰姆中的一种。
为了更好的实现本发明，进一步的，所述无味交联剂为双叔丁基过氧化二异丙基苯，发泡剂为偶氮二甲酰胺、二苯磺酰肼醚、对甲苯磺酰肼中的一种。
本发明还提供一种石墨烯抗静电医用鞋底复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将用流动助剂和硬脂酸处理的石墨烯加热后，依次加入丁基橡胶、天然橡胶、顺丁橡胶和三元乙丙橡胶，在混炼机中进行混炼，得到混合原胶；
步骤2、向混合原胶中加入白炭黑，抗静电粉，氧化锌，硬脂酸锌，无味交联剂，发泡剂进行再次混炼硫化交联，即得石墨烯抗静电医用鞋底复合材料。
为了更好的实现本发明，进一步的，步骤1中石墨烯处理的具体步骤为，将流动助剂、硬脂酸和去离子水按照0.5～1.5:0.4～2:100的重量比进行配比，混合均匀后加热至100～160℃，缓慢逐步加入石墨烯，加入是不断搅拌，加入后继续搅拌1～3h，石墨烯加入量为0.5～10mg/ml，得到流动助剂和硬脂酸处理的石墨烯。
为了更好的实现本发明，进一步的，步骤1中混炼温度为120～180℃，混炼时间为3～6h。
为了更好的实现本发明，进一步的，步骤2中硫化交联时，先在平板硫化机上在120～160℃，8～10Mpa压力下，热压20～30min，然后在烘箱中进行二次硫化，硫化条件为175～185℃，2～4h，195～205℃，2～3h，215～225℃，1～2h，得到所述石墨烯抗静电医用鞋底复合材料。
有益效果
本发明的有益效果如下：
(1)本发明的复合材料中含有石墨烯，其作为橡胶的补强材料，少量填充即可大幅度提高橡胶的机械性能，并且能展现其良好的电、热特性，是一种非常理想的橡胶纳米材料。
(2)本发明的复合材料具有抗静电效果，本发明使用的抗静电粉为内混型抗静电剂，是指在制品的加工过程中添加到橡胶内部的一类抗静电剂。该抗静电剂分子可赋予高分子材料表面一定的润滑性、降低摩擦系数、抑制和减少静电荷产生，并且具有持久抗静电的特点。
(3)本发明的复合材料选用的交联剂为双叔丁基过氧化二异丙基苯，操作过程中及制成的制品中无刺激性臭味，在混炼时加入胶料使用，在同等交联效果情况下，添加量仅为DCP的2/3，降低了用量，更加环保；发泡剂为偶氮二甲酰胺、二苯磺酰肼醚、对甲苯磺酰肼中的一种，储存时性质稳定，无毒，不燃，与橡胶混炼时相容性较好，同时分解产生氮气，形成闭孔或联孔，收缩率小，不易变形，孔隙不易塌陷；以上助剂使用后在成品中不易渗出，且不与其他材料发生副反应，长期使用无毒无害，对医院环境没有污染和影响。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
本实施例提供一种石墨烯抗静电医用鞋底复合材料，所述复合材料的基本组成包括以下重量份原料：丁基橡胶25份，天然橡胶35份，顺丁橡胶5份，三元乙丙胶10份，白炭黑3份，石墨烯1份，抗静电粉4份，流动助剂0.5份，氧化锌5份，硬脂酸锌1份，硬脂酸0.4份，无味交联剂0.5份，发泡剂2份。
本实施例还提供一种石墨烯抗静电医用鞋底复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将流动助剂、硬脂酸和去离子水按照0.5:0.4:100的重量比进行配比，混合均匀后加热至110℃，缓慢逐步加入石墨烯，加入是不断搅拌，加入后继续搅拌3h，石墨烯加入量为1mg/ml，得到流动助剂和硬脂酸处理的石墨烯，然后在流动助剂和硬脂酸处理的石墨烯中依次加入丁基橡胶、天然橡胶、顺丁橡胶和三元乙丙橡胶，在混炼机中进行混炼，混炼温度为120℃，混炼时间为6h，得到混合原胶；
步骤2、向混合原胶中加入白炭黑，抗静电粉，氧化锌，硬脂酸锌，无味交联剂，发泡剂，在平板硫化机上在120℃，8Mpa压力下，热压30min，然后在烘箱中进行二次硫化，硫化条件为175～℃，4h，195℃，3h，215℃，2h，得到所述石墨烯抗静电医用鞋底复合材料。
实施例2
本实施例提供一种石墨烯抗静电医用鞋底复合材料，所述复合材料的基本组成包括以下重量份原料：丁基橡胶28份，天然橡胶38份，顺丁橡胶8份，三元乙丙胶12份，白炭黑4份，石墨烯3份，抗静电粉5份，流动助剂0.8份，氧化锌6份，硬脂酸锌2份，硬脂酸0.8份，无味交联剂1.0份，发泡剂3份。
本实施例还提供一种石墨烯抗静电医用鞋底复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将流动助剂、硬脂酸和去离子水按照0.8:0.8:100的重量比进行配比，混合均匀后加热至120℃，缓慢逐步加入石墨烯，加入是不断搅拌，加入后继续搅拌3h，石墨烯加入量为3mg/ml，得到流动助剂和硬脂酸处理的石墨烯，然后在流动助剂和硬脂酸处理的石墨烯中依次加入丁基橡胶、天然橡胶、顺丁橡胶和三元乙丙橡胶，在混炼机中进行混炼，混炼温度为140℃，混炼时间为5h，得到混合原胶；
步骤2、向混合原胶中加入白炭黑，抗静电粉，氧化锌，硬脂酸锌，无味交联剂，发泡剂，在平板硫化机上在130℃，8Mpa压力下，热压28min，然后在烘箱中进行二次硫化，硫化条件为178℃，4h，200℃，3h，220℃，2h，得到所述石墨烯抗静电医用鞋底复合材料。
实施例3
本实施例提供一种石墨烯抗静电医用鞋底复合材料，所述复合材料的基本组成包括以下重量份原料：丁基橡胶30份，天然橡胶40份，顺丁橡胶10份，三元乙丙胶15份，白炭黑5份，石墨烯5份，抗静电粉5份，流动助剂1.0份，氧化锌7份，硬脂酸锌2份，硬脂酸1份，无味交联剂1.5份，发泡剂3份。
本实施例还提供一种石墨烯抗静电医用鞋底复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将流动助剂、硬脂酸和去离子水按照1.0:1.0:100的重量比进行配比，混合均匀后加热至140℃，缓慢逐步加入石墨烯，加入是不断搅拌，加入后继续搅拌2h，石墨烯加入量为5mg/ml，得到流动助剂和硬脂酸处理的石墨烯，然后在流动助剂和硬脂酸处理的石墨烯中依次加入丁基橡胶、天然橡胶、顺丁橡胶和三元乙丙橡胶，在混炼机中进行混炼，混炼温度为150℃，混炼时间为5h，得到混合原胶；
步骤2、向混合原胶中加入白炭黑，抗静电粉，氧化锌，硬脂酸锌，无味交联剂，发泡剂，在平板硫化机上在140℃，10Mpa压力下，热压25min，然后在烘箱中进行二次硫化，硫化条件为180℃，3h，200℃，2.5h，220℃，1.5h，得到所述石墨烯抗静电医用鞋底复合材料。
实施例4
本实施例提供一种石墨烯抗静电医用鞋底复合材料，所述复合材料的基本组成包括以下重量份原料：丁基橡胶33份，天然橡胶33份，顺丁橡胶13份，三元乙丙胶18份，白炭黑6份，石墨烯6份，抗静电粉6份，流动助剂1.2份，氧化锌8份，硬脂酸锌2份，硬脂酸1.5份，无味交联剂2.0份，发泡剂4份。
本实施例还提供一种石墨烯抗静电医用鞋底复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将流动助剂、硬脂酸和去离子水按照1.2:1.5:100的重量比进行配比，混合均匀后加热至150℃，缓慢逐步加入石墨烯，加入是不断搅拌，加入后继续搅拌2h，石墨烯加入量为6mg/ml，得到流动助剂和硬脂酸处理的石墨烯，然后在流动助剂和硬脂酸处理的石墨烯中依次加入丁基橡胶、天然橡胶、顺丁橡胶和三元乙丙橡胶，在混炼机中进行混炼，混炼温度为170℃，混炼时间为4h，得到混合原胶；
步骤2、向混合原胶中加入白炭黑，抗静电粉，氧化锌，硬脂酸锌，无味交联剂，发泡剂，在平板硫化机上在150℃，10Mpa压力下，热压20min，然后在烘箱中进行二次硫化，硫化条件为183℃，3h，200℃，2h，220℃，1.5h，得到所述石墨烯抗静电医用鞋底复合材料。
实施例5
本实施例提供一种石墨烯抗静电医用鞋底复合材料，所述复合材料的基本组成包括以下重量份原料：丁基橡胶35份，天然橡胶45份，顺丁橡胶15份，三元乙丙胶20份，白炭黑8份，石墨烯10份，抗静电粉8份，流动助剂1.5份，氧化锌10份，硬脂酸锌3份，硬脂酸2份，无味交联剂2.5份，发泡剂5份。
本实施例还提供一种石墨烯抗静电医用鞋底复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将流动助剂、硬脂酸和去离子水按照1.5:2:100的重量比进行配比，混合均匀后加热至160℃，缓慢逐步加入石墨烯，加入是不断搅拌，加入后继续搅拌1h，石墨烯加入量为10mg/ml，得到流动助剂和硬脂酸处理的石墨烯，然后在流动助剂和硬脂酸处理的石墨烯中依次加入丁基橡胶、天然橡胶、顺丁橡胶和三元乙丙橡胶，在混炼机中进行混炼，混炼温度为180℃，混炼时间为3h，得到混合原胶；
步骤2、向混合原胶中加入白炭黑，抗静电粉，氧化锌，硬脂酸锌，无味交联剂，发泡剂，在平板硫化机上在160℃，10Mpa压力下，热压20min，然后在烘箱中进行二次硫化，硫化条件为185℃，2h，205℃，2h，225℃，1h，得到所述石墨烯抗静电医用鞋底复合材料。
对上述实施例1至5制得的石墨烯抗静电医用鞋底复合材料进行力学性能够测试，测试方法如下：
(1)按照GB/T1410-2006固体绝缘材料体积电阻率和表面电阻率测试试验方法进行体积电阻率和表面电导率检测。
(2)撕裂强度：根据GB 6039-85，撕裂强度的定义为：在于试样主轴平行的方向上，拉伸试样直至开裂时的最大力，按照GB529和GB530的方法准备试样，测试步骤(1)硫化后的试片(厚2.0±0.3mm)应在标准室温下停放(不少于6小时，不超过15天)；(2)采取试样时，裁刀撕裂角等分线的方向与压延方向一致；(3)将试样垂直夹于上下夹持器重一定深度，并且使其在平等的位置上充分均匀夹紧；(4)调好拉伸速度(夹持器中以500±100mm/min的速度在运行)开动试验机，即可对试样施加一个逐渐增加的牵引力，直至试样被撕断后停机。
(3)拉伸强度：按照ASTM D-412标准的方法进行。
(4)模量：按照HG/T3321-2012标准的方法进行。
测试结果如下：
表1测试结果
测试结果
实施例1
实施例2
实施例3
实施例4
实施例5
体积电阻率Ω·m
10<sup>15</sup>
10<sup>15</sup>
10<sup>15</sup>
10<sup>15</sup>
10<sup>15</sup>
表面电阻率Ω
10<sup>15</sup>
10<sup>15</sup>
10<sup>15</sup>
10<sup>15</sup>
10<sup>15</sup>
撕裂强度kN/m
98
110
118
113
108
拉伸强度Mpa
33
34
38
37
35
模量Mpa
2.7
3.1
3.3
3.0
2.8
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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