一種生物炭基導(dǎo)熱橡膠的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種生物炭基導(dǎo)熱橡膠的制備方法，屬于橡膠制備技術(shù)領(lǐng)域。該方法以竹篾為原料，經(jīng)酸洗堿泡后炭化，再經(jīng)天然樹脂和植物油在微生物作用下復(fù)合改性，最后和生膠混煉后得到導(dǎo)熱橡膠。本發(fā)明通過天然樹脂和植物油對生物炭表面改性，在其表面沾附大量天然樹脂顆粒和疏水基團(tuán)，增加生物炭表面活性和粗糙度，增強(qiáng)生物炭和橡膠的結(jié)合作用，補(bǔ)強(qiáng)天然樹脂可以固化交聯(lián)形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，同時與膠料硫化形成的網(wǎng)絡(luò)相互穿插滲透，形成補(bǔ)充交聯(lián)，形成更多有效導(dǎo)熱網(wǎng)鏈，提高橡膠的熱導(dǎo)率，同時還可以改性生物炭的填充效果，改善膠料的力學(xué)性能，既具有優(yōu)良導(dǎo)熱性又具有優(yōu)異力學(xué)性能。
【專利說明】
一種生物炭基導(dǎo)熱橡膠的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種生物炭基導(dǎo)熱橡膠的制備方法，屬于橡膠制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]橡膠的導(dǎo)熱性能較差，橡膠制品在動態(tài)工況下產(chǎn)生的熱量會在橡膠制品內(nèi)部積聚，形成局部高溫，而且在使用過程中從外界傳遞的熱量無法通過橡膠快速有效的散發(fā)出去，從而導(dǎo)致橡膠制品加速老化，性能下降。因此導(dǎo)熱性能較差限制了天然橡膠在很多領(lǐng)域的應(yīng)用。改善天然橡膠的導(dǎo)熱性能，可以擴(kuò)大天然橡膠的應(yīng)用領(lǐng)域，如航空航天、電子電器等領(lǐng)域中需要散熱和傳熱的絕緣部位。這些部位的導(dǎo)熱橡膠，需要能夠及時散除設(shè)備在使用過程中產(chǎn)生的熱量，對電子產(chǎn)品的小型化、密集化具有重要意義，還可以提高其可靠性、精密度和使用壽命。
[0003]對于橡膠材料而言，天然橡膠屬于非晶體非金屬材料，因?yàn)槁曌拥恼駝虞^小，自身的熱導(dǎo)率較低，屬于熱的不良導(dǎo)體。為了提高橡膠的導(dǎo)熱性能，一般采用利用導(dǎo)熱填料填充制備填充型導(dǎo)熱橡膠復(fù)合材料，通過導(dǎo)熱填料在橡膠基體內(nèi)部搭接導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)的辦法來提高其導(dǎo)熱性能。填充型導(dǎo)熱橡膠加工工藝簡單，生產(chǎn)成本比較低，通過適當(dāng)?shù)呐浞秸{(diào)整或工藝處理制備得到的導(dǎo)熱橡膠可以廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域中需要散熱和傳熱以及絕緣的部位，同時還能起到減震效果。
[0004]以生物質(zhì)炭作為填料來增強(qiáng)橡膠導(dǎo)熱性的報(bào)道尚不多見，而且生物炭與橡膠的相容性差，結(jié)合度低，摻雜后容易導(dǎo)致橡膠制品力學(xué)性能的下降，因此開發(fā)出一種既具有優(yōu)良導(dǎo)熱性又具有優(yōu)異力學(xué)性能的橡膠制品是目前研究的熱點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題:針對目前生物質(zhì)炭作為填料來生產(chǎn)導(dǎo)熱橡膠，由于生物炭與橡膠的相容性差，結(jié)合度低，摻雜后容易導(dǎo)致橡膠制品力學(xué)性能下降的缺陷，提供了一種生物炭基導(dǎo)熱橡膠的制備方法。該方法以竹篾為原料，經(jīng)酸洗堿泡后炭化，再經(jīng)天然樹脂和植物油在微生物作用下復(fù)合改性，最后和生膠混煉后得到導(dǎo)熱橡膠。本發(fā)明通過天然樹脂和植物油對生物炭表面改性，在其表面沾附大量天然樹脂顆粒和疏水基團(tuán)，增加生物炭表面活性和粗糙度，增強(qiáng)生物炭和橡膠的結(jié)合作用，補(bǔ)強(qiáng)天然樹脂可以固化交聯(lián)形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，同時與膠料硫化形成的網(wǎng)絡(luò)相互穿插滲透，形成補(bǔ)充交聯(lián)，形成更多有效導(dǎo)熱網(wǎng)鏈，提高橡膠的熱導(dǎo)率，同時還可以改性生物炭的填充效果，改善膠料的力學(xué)性能，既具有優(yōu)良導(dǎo)熱性又具有優(yōu)異力學(xué)性能。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
(1)稱取I?2kg竹篾用剛玉研缽研磨脫膠處理I?2h，再將研磨后的竹篾用濃度為
0.5mol/L鹽酸反復(fù)沖洗2?3h后干燥，按固液比為1:5將酸洗干燥后的竹篾和濃度為lmol/L氫氧化鈉溶液混合，搖床振蕩浸漬過夜；
(2)浸漬結(jié)束后離心分離得到濾渣并將其放入布氏漏斗，用去離子水抽濾洗滌3?5次后將濾渣自然晾干，再將晾干后的濾渣放入炭化爐中，在氬氣保護(hù)下加熱升溫至300?400°(:保溫炭化2?3h后研磨過100目篩，得到竹基生物炭粉末；
(3)稱取100?200g桃膠和500?600mL蒸餾水混合后裝入燒杯中，將燒杯移入60?70°C水浴鍋中保溫?cái)嚢?0?30min得到桃膠改性液，按體積比為1:1將竹基生物炭粉末和桃膠改性液混合后放入陶瓷發(fā)酵罐中；
(4)向上述發(fā)酵罐中再加入100?200mL蓖麻油、10?15g硬脂酸和10?15mL禽畜奠便沼氣池中的上層沼液，用攪拌棒攪拌均勻后將發(fā)酵罐放入35?45°C的溫室中發(fā)酵改性12?14天后取出發(fā)酵產(chǎn)物用離心機(jī)以6000?7000r/min轉(zhuǎn)速離心15?20min，分離得到下層沉淀，依次用無水乙醇和去離子水分別沖洗3?5次，放入烘箱在105?110°C下干燥I?2h后得到表面改性竹基生物炭粉末；
(5)按重量份數(shù)計(jì)稱取80?90份甲基乙烯基硅橡膠生膠和3?5份過氧化二異丙苯裝入雙輥開煉機(jī)中煉制20?25min得預(yù)混膠；
(6)再按重量分?jǐn)?shù)計(jì)稱取110?120份上述預(yù)混膠、8?12份表面改性竹基生物炭粉末、I?2份硬脂酸和2?4份N，N’_間苯撐雙馬來酰亞胺混合后裝入混煉機(jī)中混煉20?30min得到混煉膠，再將得到的混煉膠放入平板硫化機(jī)于145?155 °C下以8?I OMPa的壓力壓制成I?2mm厚的薄片并硫化處理20?30min，待其自然冷卻后即得生物炭基導(dǎo)熱橡膠。
[0007]本發(fā)明的應(yīng)用方法:用本發(fā)明制得的生物炭基導(dǎo)熱橡膠注模制成汽車輪胎，經(jīng)檢測，本發(fā)明制得的導(dǎo)熱橡膠導(dǎo)熱系數(shù)為0.52W/m.K，比純天然橡膠提高了75?80%，其拉伸強(qiáng)度達(dá)到28?30MPa，撕裂強(qiáng)度達(dá)到25?28KN/m，具有極佳的導(dǎo)熱性和力學(xué)性能。
[0008]本發(fā)明的有益效果:
(1)本發(fā)明制得的生物炭基導(dǎo)熱橡膠導(dǎo)熱系數(shù)為0.52W/m.K，比純天然橡膠提高了75?80%，其拉伸強(qiáng)度達(dá)到28?30MPa，撕裂強(qiáng)度達(dá)到25?28KN/m，具有極佳的導(dǎo)熱性和力學(xué)性會K;
(2)本發(fā)明制得的生物炭基導(dǎo)熱橡膠以可再生的生物質(zhì)炭代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化石能源炭材料，是一種綠色環(huán)保的新材料；
(3)本發(fā)明制得的生物炭基導(dǎo)熱橡膠通過對生物炭表面改性增加其表面活性和粗糙度增加生物炭和橡膠的結(jié)合作用，提高了橡膠的熱導(dǎo)率，同時還可以改性生物炭的填充效果，改善膠料的力學(xué)性能。
【具體實(shí)施方式】
[0009]稱取I?2kg竹篾用剛玉研缽研磨脫膠處理I?2h，再將研磨后的竹篾用濃度為
0.5mol/L鹽酸反復(fù)沖洗2?3h后干燥，按固液比為1:5將酸洗干燥后的竹篾和濃度為lmol/L氫氧化鈉溶液混合，搖床振蕩浸漬過夜;浸漬結(jié)束后離心分離得到濾渣并將其放入布氏漏斗，用去離子水抽濾洗滌3?5次后將濾渣自然晾干，再將晾干后的濾渣放入炭化爐中，在氬氣保護(hù)下加熱升溫至300?40(TC保溫炭化2?3h后研磨過100目篩，得到竹基生物炭粉末；稱取100?200g桃膠和500?600mL蒸餾水混合后裝入燒杯中，將燒杯移入60?70°C水浴鍋中保溫?cái)嚢?0?30min得到桃膠改性液，按體積比為1:1將竹基生物炭粉末和桃膠改性液混合后放入陶瓷發(fā)酵罐中；向上述發(fā)酵罐中再加入100?200mL蓖麻油、10?15g硬脂酸和10?15mL禽畜糞便沼氣池中的上層沼液，用攪拌棒攪拌均勻后將發(fā)酵罐放入35?45°C的溫室中發(fā)酵改性12?14天后取出發(fā)酵產(chǎn)物用離心機(jī)以6000?7000r/min轉(zhuǎn)速離心15?20min，分離得到下層沉淀，依次用無水乙醇和去離子水分別沖洗3?5次，放入烘箱在105?110°C下干燥I?2h后得到表面改性竹基生物炭粉末；按重量份數(shù)計(jì)稱取80?90份甲基乙烯基硅橡膠生膠和3?5份過氧化二異丙苯裝入雙輥開煉機(jī)中煉制20?25min得預(yù)混膠;再按重量分?jǐn)?shù)計(jì)稱取110?120份上述預(yù)混膠、8?12份表面改性竹基生物炭粉末、I?2份硬脂酸和2?4份N，N’_間苯撐雙馬來酰亞胺混合后裝入混煉機(jī)中混煉20?30min得到混煉膠，再將得到的混煉膠放入平板硫化機(jī)于145?155 °C下以8?I OMPa的壓力壓制成I?2mm厚的薄片并硫化處理20?30min，待其自然冷卻后即得生物炭基導(dǎo)熱橡膠。
[0010]實(shí)例I
稱取Ikg竹篾用剛玉研缽研磨脫膠處理lh，再將研磨后的竹篾用濃度為0.5mol/L鹽酸反復(fù)沖洗2h后干燥，按固液比為1:5將酸洗干燥后的竹篾和濃度為Imo I/L氫氧化鈉溶液混合，搖床振蕩浸漬過夜;浸漬結(jié)束后離心分離得到濾渣并將其放入布氏漏斗，用去離子水抽濾洗滌3次后將濾渣自然晾干，再將晾干后的濾渣放入炭化爐中，在氬氣保護(hù)下加熱升溫至300°C保溫炭化2h后研磨過100目篩，得到竹基生物炭粉末;稱取10g桃膠和500mL蒸餾水混合后裝入燒杯中，將燒杯移入60°C水浴鍋中保溫?cái)嚢?0min得到桃膠改性液，按體積比為1:1將竹基生物炭粉末和桃膠改性液混合后放入陶瓷發(fā)酵罐中；向上述發(fā)酵罐中再加入10mL蓖麻油、1g硬脂酸和1mL禽畜糞便沼氣池中的上層沼液，用攪拌棒攪拌均勻后將發(fā)酵罐放入35°C的溫室中發(fā)酵改性12天后取出發(fā)酵產(chǎn)物用離心機(jī)以6000r/min轉(zhuǎn)速離心15min，分離得到下層沉淀，依次用無水乙醇和去離子水分別沖洗3次，放入烘箱在105°C下干燥Ih后得到表面改性竹基生物炭粉末;按重量份數(shù)計(jì)稱取80份甲基乙烯基硅橡膠生膠和3份過氧化二異丙苯裝入雙輥開煉機(jī)中煉制20min得預(yù)混膠;再按重量分?jǐn)?shù)計(jì)稱取110份上述預(yù)混膠、8份表面改性竹基生物炭粉末、I份硬脂酸和2份N，N’_間苯撐雙馬來酰亞胺混合后裝入混煉機(jī)中混煉20min得到混煉膠，再將得到的混煉膠放入平板硫化機(jī)于145°C下以SMPa的壓力壓制成Imm厚的薄片并硫化處理20min，待其自然冷卻后即得生物炭基導(dǎo)熱橡膠。
[0011]本發(fā)明的應(yīng)用方法:用本發(fā)明制得的生物炭基導(dǎo)熱橡膠注模制成汽車輪胎，經(jīng)檢測，本發(fā)明制得的導(dǎo)熱橡膠導(dǎo)熱系數(shù)為0.52W/m.K，比純天然橡膠提高了75%，其拉伸強(qiáng)度達(dá)到28MPa，撕裂強(qiáng)度達(dá)到25KN/m，具有極佳的導(dǎo)熱性和力學(xué)性能。
[0012]實(shí)例2
稱取2kg竹篾用剛玉研缽研磨脫膠處理2h，再將研磨后的竹篾用濃度為0.5mol/L鹽酸反復(fù)沖洗3h后干燥，按固液比為1:5將酸洗干燥后的竹篾和濃度為Imo I/L氫氧化鈉溶液混合，搖床振蕩浸漬過夜;浸漬結(jié)束后離心分離得到濾渣并將其放入布氏漏斗，用去離子水抽濾洗滌4次后將濾渣自然晾干，再將晾干后的濾渣放入炭化爐中，在氬氣保護(hù)下加熱升溫至350°C保溫炭化3h后研磨過100目篩，得到竹基生物炭粉末;稱取150g桃膠和550mL蒸餾水混合后裝入燒杯中，將燒杯移入65°C水浴鍋中保溫?cái)嚢?5min得到桃膠改性液，按體積比為1:1將竹基生物炭粉末和桃膠改性液混合后放入陶瓷發(fā)酵罐中；向上述發(fā)酵罐中再加入150mL蓖麻油、13g硬脂酸和13mL禽畜糞便沼氣池中的上層沼液，用攪拌棒攪拌均勻后將發(fā)酵罐放入40°C的溫室中發(fā)酵改性13天后取出發(fā)酵產(chǎn)物用離心機(jī)以6500r/min轉(zhuǎn)速離心18min，分離得到下層沉淀，依次用無水乙醇和去離子水分別沖洗4次，放入烘箱在108°C下干燥Ih后得到表面改性竹基生物炭粉末;按重量份數(shù)計(jì)稱取85份甲基乙烯基硅橡膠生膠和4份過氧化二異丙苯裝入雙輥開煉機(jī)中煉制23min得預(yù)混膠;再按重量分?jǐn)?shù)計(jì)稱取115份上述預(yù)混膠、10份表面改性竹基生物炭粉末、I份硬脂酸和3份N，N’_間苯撐雙馬來酰亞胺混合后裝入混煉機(jī)中混煉25min得到混煉膠，再將得到的混煉膠放入平板硫化機(jī)于150°C下以9MPa的壓力壓制成2mm厚的薄片并硫化處理25min，待其自然冷卻后即得生物炭基導(dǎo)熱橡膠。
[0013]本發(fā)明的應(yīng)用方法:用本發(fā)明制得的生物炭基導(dǎo)熱橡膠注模制成汽車輪胎，經(jīng)檢測，本發(fā)明制得的導(dǎo)熱橡膠導(dǎo)熱系數(shù)為0.52W/m.K，比純天然橡膠提高了78%，其拉伸強(qiáng)度達(dá)到29MPa，撕裂強(qiáng)度達(dá)到27KN/m，具有極佳的導(dǎo)熱性和力學(xué)性能。
[0014]實(shí)例3
稱取2kg竹篾用剛玉研缽研磨脫膠處理2h，再將研磨后的竹篾用濃度為0.5mol/L鹽酸反復(fù)沖洗3h后干燥，按固液比為1:5將酸洗干燥后的竹篾和濃度為Imo I/L氫氧化鈉溶液混合，搖床振蕩浸漬過夜;浸漬結(jié)束后離心分離得到濾渣并將其放入布氏漏斗，用去離子水抽濾洗滌5次后將濾渣自然晾干，再將晾干后的濾渣放入炭化爐中，在氬氣保護(hù)下加熱升溫至400°C保溫炭化3h后研磨過100目篩，得到竹基生物炭粉末;稱取200g桃膠和600mL蒸餾水混合后裝入燒杯中，將燒杯移入70°C水浴鍋中保溫?cái)嚢?0min得到桃膠改性液，按體積比為1:1將竹基生物炭粉末和桃膠改性液混合后放入陶瓷發(fā)酵罐中；向上述發(fā)酵罐中再加入200mL蓖麻油、15g硬脂酸和15mL禽畜糞便沼氣池中的上層沼液，用攪拌棒攪拌均勻后將發(fā)酵罐放入45°C的溫室中發(fā)酵改性14天后取出發(fā)酵產(chǎn)物用離心機(jī)以7000r/min轉(zhuǎn)速離心20min，分離得到下層沉淀，依次用無水乙醇和去離子水分別沖洗5次，放入烘箱在110°C下干燥2h后得到表面改性竹基生物炭粉末;按重量份數(shù)計(jì)稱取90份甲基乙烯基硅橡膠生膠和5份過氧化二異丙苯裝入雙輥開煉機(jī)中煉制25min得預(yù)混膠;再按重量分?jǐn)?shù)計(jì)稱取120份上述預(yù)混膠、12份表面改性竹基生物炭粉末、2份硬脂酸和4份N，N’_間苯撐雙馬來酰亞胺混合后裝入混煉機(jī)中混煉30min得到混煉膠，再將得到的混煉膠放入平板硫化機(jī)于155°C下以1MPa的壓力壓制成2mm厚的薄片并硫化處理30min，待其自然冷卻后即得生物炭基導(dǎo)熱橡膠。
[0015]本發(fā)明的應(yīng)用方法:用本發(fā)明制得的生物炭基導(dǎo)熱橡膠注模制成汽車輪胎，經(jīng)檢測，本發(fā)明制得的導(dǎo)熱橡膠導(dǎo)熱系數(shù)為0.52W/m.K，比純天然橡膠提高了80%，其拉伸強(qiáng)度達(dá)到30MPa，撕裂強(qiáng)度達(dá)到28KN/m，具有極佳的導(dǎo)熱性和力學(xué)性能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種生物炭基導(dǎo)熱橡膠的制備方法，其特征在于具體制備步驟為: (1)稱取I?2kg竹篾用剛玉研缽研磨脫膠處理I?2h，再將研磨后的竹篾用濃度為0.5mol/L鹽酸反復(fù)沖洗2?3h后干燥，按固液比為1:5將酸洗干燥后的竹篾和濃度為lmol/L氫氧化鈉溶液混合，搖床振蕩浸漬過夜； (2)浸漬結(jié)束后離心分離得到濾渣并將其放入布氏漏斗，用去離子水抽濾洗滌3?5次后將濾渣自然晾干，再將晾干后的濾渣放入炭化爐中，在氬氣保護(hù)下加熱升溫至300?400°(:保溫炭化2?3h后研磨過100目篩，得到竹基生物炭粉末； (3)稱取100?200g桃膠和500?600mL蒸餾水混合后裝入燒杯中，將燒杯移入60?70°C水浴鍋中保溫?cái)嚢?0?30min得到桃膠改性液，按體積比為1:1將竹基生物炭粉末和桃膠改性液混合后放入陶瓷發(fā)酵罐中； (4)向上述發(fā)酵罐中再加入100?200mL蓖麻油、10?15g硬脂酸和10?15mL禽畜奠便沼氣池中的上層沼液，用攪拌棒攪拌均勻后將發(fā)酵罐放入35?45°C的溫室中發(fā)酵改性12?14天后取出發(fā)酵產(chǎn)物用離心機(jī)以6000?7000r/min轉(zhuǎn)速離心15?20min，分離得到下層沉淀，依次用無水乙醇和去離子水分別沖洗3?5次，放入烘箱在105?110°C下干燥I?2h后得到表面改性竹基生物炭粉末； (5)按重量份數(shù)計(jì)稱取80?90份甲基乙烯基硅橡膠生膠和3?5份過氧化二異丙苯裝入雙輥開煉機(jī)中煉制20?25min得預(yù)混膠； (6)再按重量分?jǐn)?shù)計(jì)稱取110?120份上述預(yù)混膠、8?12份表面改性竹基生物炭粉末、I?2份硬脂酸和2?4份N，N’_間苯撐雙馬來酰亞胺混合后裝入混煉機(jī)中混煉20?30min得到混煉膠，再將得到的混煉膠放入平板硫化機(jī)于145?155 °C下以8?I OMPa的壓力壓制成I?2mm厚的薄片并硫化處理20?30min，待其自然冷卻后即得生物炭基導(dǎo)熱橡膠。
【文檔編號】C08L83/07GK106009699SQ201610636289
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年8月5日
【發(fā)明人】金峰, 林大偉
【申請人】寧波金特信鋼鐵科技有限公司