【摘 要】
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高阻隔硫化橡胶由于其固有的优异性能,被认为是一种至关重要的化学防护材料,但仅仅是避免危险化学品和人体直接接触并非解决穿戴者人身健康问题的最优解。因此,对于进一步增强其溶剂阻隔性能和溶剂敏感特性仍是值得讨论的议题。本工作利用环保、无毒的多巴胺(DA)还原氧化石墨烯(GO),即聚多巴胺改性氧化石墨烯(PDA-r GO)作为补强填料,分别以氟橡胶(FKM)和溴化丁基橡胶(BIIR)为基体,通过溶液共混法
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(51763006); 广西自然科学基金创新团队项目(2019GXNSFGA245005);
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高阻隔硫化橡胶由于其固有的优异性能,被认为是一种至关重要的化学防护材料,但仅仅是避免危险化学品和人体直接接触并非解决穿戴者人身健康问题的最优解。因此,对于进一步增强其溶剂阻隔性能和溶剂敏感特性仍是值得讨论的议题。本工作利用环保、无毒的多巴胺(DA)还原氧化石墨烯(GO),即聚多巴胺改性氧化石墨烯(PDA-r GO)作为补强填料,分别以氟橡胶(FKM)和溴化丁基橡胶(BIIR)为基体,通过溶液共混法制得了不同的PDA-r GO/橡胶复合材料。观察了改性填料及其橡胶复合材料断面的微观形貌,并研究了其机械性能、耐溶剂性能、介电性能、溶剂敏感性能。本工作的主要研究内容分为以下四个部分:(1)成功制备了氧化石墨烯(GO),然后使用DA对GO进行部分还原,结果表明,DA在GO表面成功自聚合并使GO上的含氧官能团(如-COOH)部分脱除,还原成r GO,并且DA用量与GO的还原程度成明显的正相关关系,通过改变DA的用量可有效调控GO的还原程度;PDA-r GO仍可在维持在有机溶剂(乙腈、四氢呋喃)中的稳定分散。(2)在FKM体系中,在FKM硫化过程中,PDA可充当硫化剂,所包含的邻苯二酚基团可参与交联反应,与FKM形成化学键合,强化界面作用。结果表明,当GO的含量达到1.5份且DA/GO比值为1时,相比于纯FKM,复合材料的交联密度提升了32.5%,对丁酮的溶胀指数降低了102.5%;相对介电常数增加了约375%,达到了43.2,介电损耗仅为0.11;此外,还能够较好地区分四种典型溶剂,其中对丙酮的响应度最大(37),具有较快的响应速度(~26 s)和稳定的可重复性。(3)在FKM体系中,除了PDA-r GO含量外,DA的含量也对FKM的补强效果存在显著影响。结果表明,当DA/GO比值为1份且PDA-r GO的含量固定为1份时,PDA-r GO的分散性较好,其复合材料综合性能最佳。相较于PDA-r GO-0.5/FKM,PDA-r GO-1/FKM复合材料的相对介电常数提升了116.6%,达到了约29.0,介电损耗约为0.132;对丙酮的响应度提升了140.3%。相反地,当DA用量超过1份时,复合材料的电学性能则明显变差。(4)在BIIR体系中,固定DA/GO比例为1时,DA对GO团聚倾向的抑制作用较为明显。结果表明,PDA-r GO的含量对复合材料的综合性能具有显著影响,且在0.5份PDA-r GO时获得最佳的综合性能。相较于纯BIIR,0.5份PDA-r GO改性复合材料的交联密度提高了57.7%,拉伸强度提高了39.6%,达到了约8.56 MPa,对甲苯的溶胀指数降低了14%,在1 k Hz下的相对介电常数(4.0)提高了14.3%,对甲醇、丁酮的响应度显著提升,分别达到10.7、79.4。
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