石墨烯微片預(yù)分散母膠的制備方法及生產(chǎn)裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及橡膠加工工藝技術(shù)領(lǐng)域，特別是石墨烯微片預(yù)分散母膠的制備方法及生產(chǎn)裝置。包括將石墨烯微片分散液與膠乳通過高速攪拌機(jī)攪拌混合制得混合物料，向上述混合物料中加入絮凝劑使混合物料凝聚形成漿狀物；將漿狀物脫水、干燥制得母膠。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、操作安全，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)，較原有間歇法的制備工藝提高了生產(chǎn)效率；相對(duì)于熔融加工法，此法得到的母煉膠中石墨烯微片能夠?qū)崿F(xiàn)高度分散；并且相對(duì)于之前的方法可以實(shí)現(xiàn)快速混合和凝結(jié)，干燥脫水階段結(jié)合擠出干燥及烘干的方式縮短了干燥時(shí)間，避免了膠料的老化，得到性能優(yōu)異的石墨烯微片預(yù)分散母膠。
【專利說明】
石墨烯微片預(yù)分散母膠的制備方法及生產(chǎn)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及橡膠加工工藝技術(shù)領(lǐng)域，特別是石墨烯微片預(yù)分散母膠的制備方法及 生產(chǎn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 石墨烯作為一種新型碳材料，具有十分優(yōu)異的性能，它是目前世界上已知的厚度 最小、強(qiáng)度最高、硬度最大的完全透明的二維晶體材料，在室溫下的導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300W/ (m · K)，電阻率約為10-6Ω · m，為現(xiàn)有電阻率最小的導(dǎo)電材料;比表面約為2600m2/g，理論 彈性模量達(dá)到l〇3GPa，拉伸強(qiáng)度達(dá)到125GPa。因此，將石墨烯應(yīng)用到復(fù)合材料中可以顯著提 高復(fù)合材料的強(qiáng)度、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性等常規(guī)性能，制備高性能復(fù)合材料。由于目前石墨烯的 大規(guī)模制備工藝不太成熟，導(dǎo)致單層石墨烯的制備成本較高，應(yīng)用于工業(yè)化產(chǎn)品中會(huì)大幅 度提高產(chǎn)品成本，無法得到廣泛的應(yīng)用。石墨烯微片是指碳層數(shù)多于10層、厚度在5~100納 米范圍內(nèi)的超薄的石墨烯層狀堆積體，保持了石墨烯的平面型碳六元環(huán)共輒晶體結(jié)構(gòu)，具 有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，以及良好的潤滑、耐高溫和抗腐蝕特性。相對(duì)于普通石 墨，石墨烯微片的厚度處在納米尺度范圍內(nèi)，但其徑向?qū)挾瓤梢赃_(dá)到數(shù)個(gè)到數(shù)十個(gè)微米，具 有超大的形狀比，且目前國內(nèi)已具備大規(guī)模生產(chǎn)能力，產(chǎn)品性價(jià)比較高。
[0003] 但是單純地利用熔融混煉加工方法制備石墨烯微片橡膠復(fù)合材料時(shí)由于石墨烯 片層間較大的范德華力使其在橡膠中極易團(tuán)聚，分散性較差，達(dá)不到材料理想的性能，為了 解決這一問題，可以通過膠乳共凝聚法制備具有良好分散性的石墨烯微片橡膠復(fù)合材料， 具體為利用大多數(shù)橡膠具有膠乳的形式，與石墨烯微片分散液混合制備在溶液狀態(tài)下具有 插層結(jié)構(gòu)的石墨烯微片/膠乳復(fù)合液，再利用絮凝劑絮沉下來即得到具有良好分散性的石 墨烯微片/橡膠復(fù)合材料。目前針對(duì)這一方面的研究都停留在實(shí)驗(yàn)室階段，利用的都是間歇 法制備石墨烯微片預(yù)分散母膠，膠乳與石墨烯的混合時(shí)間長(zhǎng)，干燥時(shí)間長(zhǎng)，膠料在長(zhǎng)時(shí)間高 溫環(huán)境下容易老化，最終產(chǎn)品性能受到影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)只能采用間歇法制備石墨烯微片分散母膠，石墨 烯分散差界面作用弱，母膠容易老化等缺陷，提供一種用石墨烯微片分散母膠的制備方法 及生產(chǎn)裝置，可以實(shí)現(xiàn)膠乳與石墨烯的快速混合和凝結(jié)，干燥時(shí)間縮短，避免了膠料的老 化，得到性能優(yōu)異的石墨烯微片預(yù)分散母膠。
[0005] 本發(fā)明是采用以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的： 一種石墨烯微片預(yù)分散母膠的制備方法，包括將石墨烯微片分散液與膠乳通過高速攪 拌機(jī)攪拌混合制得混合物料，向上述混合物料中加入絮凝劑使混合物料凝聚形成漿狀物； 將漿狀物通過粗干燥、二次干燥制得母膠。
[0006] 通過石墨烯與膠乳混合、絮凝形成漿狀物，進(jìn)而進(jìn)行脫水、干燥，可以連續(xù)化生產(chǎn)， 與間歇法相比生產(chǎn)效率大大提高;母膠中石墨烯微片能夠?qū)崿F(xiàn)高度分散，最終產(chǎn)品中結(jié)合 膠含量較高，并且相對(duì)于之前的方法可以實(shí)現(xiàn)膠乳與石墨烯的快速混合和凝結(jié)，干燥時(shí)間 縮短，能耗降低，避免了膠料的老化，得到性能優(yōu)異的石墨烯微片預(yù)分散母膠。干燥過程中 將擠出脫水與干燥結(jié)合，也能夠縮短干燥時(shí)間，降低能耗。在后續(xù)塑煉過程中可以迅速降低 門尼粘度，可以節(jié)省烘膠以及塑煉耗能，所得膠料除了力學(xué)性能提升外，生熱降低、耐疲勞 性能提升，可以應(yīng)用于輪胎以及減震制品等領(lǐng)域。
[0007] 上述技術(shù)方案，進(jìn)一步地，所述制備混合液時(shí)高速攪拌機(jī)的攪拌速度為400~ 800rpm，攪拌時(shí)間為 20_40min。
[0008] 上述技術(shù)方案，進(jìn)一步地，所述粗干燥分三階段，干燥溫度區(qū)間依次為120~160 °C，100~150 °C，80~120 °C，干燥時(shí)間5~30min。分階段以及干燥溫度依次降低的干燥方 式，能夠提高干燥效率，縮短干燥時(shí)間，減少能耗。
[0009] 上述技術(shù)方案，進(jìn)一步地，所述石墨烯微片分散液的固含量為0.1%~40%。
[0010] 上述技術(shù)方案，進(jìn)一步地，所述石墨烯微片分散液的制備方法為將石墨烯微片通 過高速攪拌機(jī)分散于水中，攪拌速度為2000-3000rpm，攪拌時(shí)間為2-5h。
[0011] 上述技術(shù)方案，進(jìn)一步地，所述膠乳的固含量為30%~60%。
[0012] 上述技術(shù)方案，進(jìn)一步地，所述膠乳為天然膠乳、丁苯膠乳、羧基丁苯膠乳、丁腈膠 乳、羧基丁腈膠乳、三元乙丙膠乳、氯丁膠乳、丁基膠乳中的一種或幾種。
[0013] 上述技術(shù)方案，進(jìn)一步地，所述絮凝劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%~25%的硫酸、鹽酸、醋酸、 氯化鈣溶液、氯化鈉溶液、氯化鉀溶液、乙醇中的一種或幾種。
[0014] 本發(fā)明還提供一種石墨烯微片預(yù)分散母膠的生產(chǎn)裝置，包括混合釜、沉降池、干燥 裝置;所述混合釜具有原料進(jìn)口、混合物出口；混合物出口與沉降池通過管道連接；絮凝劑 儲(chǔ)罐與沉降池通過管道連接，所述絮凝劑儲(chǔ)罐與沉降池之間設(shè)有計(jì)量設(shè)備;干燥裝置，所述 干燥裝置包括依次順序連接的壓片機(jī)一、壓片機(jī)二、壓片機(jī)三以及縐片機(jī);設(shè)置在沉降池與 干燥裝置之間的機(jī)械臂;檢測(cè)沉降池中液體的pH值監(jiān)控設(shè)備。石墨烯分散液與膠乳在混合 釜中混合均勻后，通過管道進(jìn)入沉降池，通過計(jì)量設(shè)備能夠方便準(zhǔn)確的將絮凝劑輸送到沉 降池中，在絮凝劑的作用下，沉降池中的混合物料形成漿狀物，機(jī)械臂收集并將漿狀物輸送 到干燥裝置中進(jìn)行粗干燥和二次干燥處理;本裝置能夠?qū)崿F(xiàn)石墨烯微片分散母膠的連續(xù)化 生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率，縮短干燥時(shí)間，降低能耗，提高產(chǎn)品性能。pH值監(jiān)控設(shè)備用于監(jiān)控沉 降池中物料的酸堿度，使pH值控制在4~6范圍內(nèi)。本生產(chǎn)裝置中采用的設(shè)備造價(jià)較低，企業(yè) 可以利用自身已有的設(shè)備進(jìn)行改造，能夠減輕企業(yè)生產(chǎn)成本，適合推廣。
[0015] 上述技術(shù)方案，進(jìn)一步地，還包括用于向混合釜輸送膠乳的膠乳罐，所述膠乳罐與 混合釜的原料進(jìn)口通過管道連接；用于制備并且向混合釜輸送石墨烯的石墨烯攪拌罐，所 述石墨烯攪拌罐與混合釜原料進(jìn)口通過管道連接。
[0016] 上述技術(shù)方案，進(jìn)一步地，還包括助劑填料計(jì)量裝置，所述助劑填料計(jì)量裝置與混 合釜管道連接，根據(jù)需要添加相應(yīng)增塑劑防老劑環(huán)保油等助劑。
[0017] 本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、操作安全，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)，較原有間歇法的制備工 藝提高了生產(chǎn)效率;相對(duì)于熔融加工法，此法得到的母煉膠中石墨烯微片能夠?qū)崿F(xiàn)高度分 散;并且相對(duì)于之前的方法可以實(shí)現(xiàn)快速混合和凝結(jié)，干燥脫水階段結(jié)合擠出干燥及烘干 的方式縮短了干燥時(shí)間，避免了膠料的老化，得到性能優(yōu)異的石墨烯微片預(yù)分散母膠。實(shí)際 應(yīng)用中在塑煉過程中可以迅速降低門尼粘度，可以節(jié)省烘膠以及塑煉耗能，所得膠料除了 力學(xué)性能提升外，生熱降低、耐疲勞性能提升。能夠在工廠現(xiàn)有設(shè)備及工藝基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)連續(xù) 化生產(chǎn)，并且簡(jiǎn)化應(yīng)用過程中的烘膠以及塑煉工藝，達(dá)到節(jié)能、提高工作效率的目標(biāo)，所制 備的膠料具有良好的物理機(jī)械性能及功能性。本發(fā)明制備了不同石墨烯微片含量以及在不 同彈性體基材中分散的母膠，石墨烯微片在混煉膠中能夠均勻分散，避免了自身的團(tuán)聚，含 量可控，且工藝簡(jiǎn)單、成本較低、是一種值得開發(fā)的新型制備方法。
【附圖說明】
[0018] 圖1是本發(fā)明的生產(chǎn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 其中，1混合釜;2石墨烯攪拌罐;3膠乳罐;4絮凝劑儲(chǔ)罐;5沉降池;6計(jì)量設(shè)備;7pH 值監(jiān)控設(shè)備;8壓片機(jī)一;9壓片機(jī)二;10壓片機(jī)三;11縐片機(jī);12助劑填料計(jì)量裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 為了能夠更加清楚地理解本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本 發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0021] 實(shí)施例1 (1)石墨烯微片分散液的制備 取600L水、6kg石墨稀微片加入到石墨稀攪拌罐2中，常溫下2500rpm高速攪拌分散5小 時(shí)，制備質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 %的石墨稀微片水分散液。
[0022] (2)石墨烯微片分散液/天然膠乳的混合與凝結(jié) 通過管道將石墨烯攪拌罐2中制備好的石墨烯微片水分散液輸送到混合釜1中，同時(shí)將 膠乳罐3中的膠乳輸送到混合釜中，控制液體流量，使1000kg干膠含量為60 %的天然膠乳同 時(shí)加入高速攪拌機(jī)中，攪拌速度為400rpm，攪拌時(shí)間為40min，制得混合物料;將混合物料輸 送到沉降池5中；絮凝劑儲(chǔ)罐4中儲(chǔ)存有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的CaCl 2溶液，CaCl2溶液的通過計(jì)量 設(shè)備輸送到沉降池5中，經(jīng)過攪拌，沉降池5中的膠乳粒子與石墨烯微片凝聚形成的漿狀物。 檢測(cè)沉降池中還設(shè)有pH值監(jiān)控設(shè)備，用于監(jiān)控沉降池中物料的酸堿度，使pH值控制在6。 [0023] (3)母膠的脫水 機(jī)械臂收集沉降池中的漿狀物，并將上述漿狀物瀝水水洗后依次輸送到壓片機(jī)一 8、壓 片機(jī)二9、壓片機(jī)三10中進(jìn)行粗干燥，粗干燥的溫度依次為120 °C、100 °C、80 °C，干燥時(shí)間 30min，然后通過給片機(jī)11進(jìn)行二次干燥，制得母膠。
[0024] (4)母膠的成型 根據(jù)需求將經(jīng)過脫水處理的物料壓成膠片。
[0025] (5)硫化橡膠的制備 將上述制備的母膠與市售天然橡膠按照1:9的質(zhì)量比加入開煉機(jī)，按配方加入硫化劑、 防老劑、抗氧劑等助劑即得預(yù)分散混煉膠，經(jīng)硫化后制得含石墨烯微片的硫化橡膠，其相關(guān) 性能如表1所示。
[0026] 實(shí)施例2 (1)石墨烯微片分散液的制備 取600L水、lKg十二烷基苯磺酸鈉加入到石墨烯攪拌罐2中，攪拌均勻制得水溶液;再將 30Kg石墨烯微片加入到上述水溶液中，常溫下3000rpm高速攪拌分散3小時(shí)，制備質(zhì)量分?jǐn)?shù) 為5 %的石墨烯微片水分散液。
[0027] (2)石墨烯微片分散液/天然膠乳的混合與凝結(jié) 通過管道將石墨烯攪拌罐2中制備好的石墨烯微片水分散液輸送到混合釜1中，同時(shí)將 膠乳罐3中的膠乳輸送到混合釜1中，控制液體流量，使3000kg干膠含量為60 %的天然膠乳 同時(shí)加入高速攪拌機(jī)中，攪拌速度為800rpm，攪拌時(shí)間為20min，制得混合物料;將混合物料 輸送到沉降池5中；絮凝劑儲(chǔ)罐中儲(chǔ)存有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2 %的乙酸溶液，乙酸溶液通過計(jì)量設(shè) 備6輸送到沉降池中，經(jīng)過攪拌，沉降池5中的膠乳粒子與石墨烯微片凝聚形成的漿狀物。檢 測(cè)沉降池中還設(shè)有pH值監(jiān)控設(shè)備，用于監(jiān)控沉降池中物料的酸堿度，使pH值控制在4。
[0028] (3)母膠的脫水 機(jī)械臂收集沉降池5中的漿狀物，并將上述漿狀物瀝水水洗后依次輸送到壓片機(jī)一 8、 壓片機(jī)二9、壓片機(jī)三10中進(jìn)行粗干燥，粗干燥的溫度依次為140°(：、120°(：、90°(：，干燥時(shí)間 30min，然后通過縐片機(jī)進(jìn)行二次干燥，制得母膠。
[0029] (4)母膠的成型 根據(jù)需求將經(jīng)過脫水處理的物料壓成膠條或造粒處理。
[0030] (5)硫化橡膠的制備 將上述制備的母膠與市售天然橡膠按照1:7的質(zhì)量比加入開煉機(jī)，按配方加入硫化劑、 防老劑、抗氧劑等助劑即得預(yù)分散混煉膠，經(jīng)硫化后制得含石墨烯微片的硫化橡膠，其相關(guān) 性能如表1所示。
[0031] 實(shí)施例3 (1)石墨烯微片分散液的制備 取600L水、2Kg十二烷基苯磺酸鈉加入到石墨烯攪拌罐中，攪拌均勻制得水溶液;再將 240Kg石墨烯微片加入到上述水溶液中，常溫下3000rpm高速攪拌分散5小時(shí)，制備質(zhì)量分?jǐn)?shù) 為40%的石墨烯微片水分散液。
[0032] (2)石墨烯微片分散液/天然膠乳的混合與凝結(jié) 通過管道將石墨烯攪拌罐中制備好的石墨烯微片水分散液輸送到混合釜中，同時(shí)將膠 乳罐中的膠乳輸送到混合釜種，控制液體流量，使1000kg干膠含量為60 %的天然膠乳同時(shí) 加入高速攪拌機(jī)中，攪拌速度為600rpm，攪拌時(shí)間為40min，制得混合物料;將混合物料輸送 到沉降池中；絮凝劑儲(chǔ)罐中儲(chǔ)存有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的CaCl 2溶液，CaCl2溶液的通過計(jì)量設(shè)備輸 送到沉降池中，經(jīng)過攪拌，沉降池中的膠乳粒子與石墨烯微片凝聚形成的漿狀物。檢測(cè)沉降 池中還設(shè)有pH值監(jiān)控設(shè)備，用于監(jiān)控沉降池中物料的酸堿度，使pH值控制在5。
[0033] (3)母膠的脫水 機(jī)械臂收集沉降池5中的漿狀物，并將上述漿狀物瀝水水洗后依次輸送到壓片機(jī)一 8、 壓片機(jī)二9、壓片機(jī)三10中進(jìn)行粗干燥，粗干燥的溫度依次為160°C、150°C、12(TC，干燥時(shí)間 30min，然后通過縐片機(jī)進(jìn)行二次干燥，制得母膠。
[0034] (4)母膠的成型 根據(jù)需求將經(jīng)過脫水處理的物料壓成膠塊。
[0035] (5)硫化橡膠的制備 將上述制備的母膠與市售天然橡膠按照3:7的質(zhì)量比加入開煉機(jī)，按配方加入硫化劑、 防老劑、抗氧劑等助劑即得預(yù)分散混煉膠，經(jīng)硫化后制得含石墨烯微片的硫化橡膠，其相關(guān) 性能如表1所示。
[0036] 實(shí)施例4 (1)石墨烯微片分散液的制備 取600L水、0.5Kg十二烷基苯磺酸鈉加入到石墨烯攪拌罐中，攪拌均勻制得水溶液;再 將6kg石墨烯微片加入到上述水溶液中，常溫下2000rpm高速攪拌分散3小時(shí)，制備質(zhì)量分?jǐn)?shù) 為1 %的石墨烯微片水分散液。
[0037] (2)石墨烯微片分散液/天然膠乳的混合與凝結(jié) 通過管道將石墨烯攪拌罐中制備好的石墨烯微片水分散液輸送到混合釜中，同時(shí)將膠 乳罐中的膠乳輸送到混合釜種，控制液體流量，使1000kg干膠含量為60 %的天然膠乳同時(shí) 加入高速攪拌機(jī)中，攪拌速度為600rpm，攪拌時(shí)間為40min，制得混合物料;將混合物料輸送 到沉降池中；絮凝劑儲(chǔ)罐中儲(chǔ)存有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的CaCl 2溶液，CaCl2溶液的通過計(jì)量設(shè)備 輸送到沉降池中，經(jīng)過攪拌，沉降池中的膠乳粒子與石墨烯微片凝聚形成的漿狀物。檢測(cè)沉 降池中還設(shè)有pH值監(jiān)控設(shè)備，用于監(jiān)控沉降池中物料的酸堿度，使pH值控制在5.5。
[0038] (3)母膠的脫水 機(jī)械臂收集沉降池中的漿狀物，并將上述漿狀物瀝水水洗后依次輸送到壓片機(jī)一、壓 片機(jī)二、壓片機(jī)三中進(jìn)行粗干燥，粗干燥的溫度依次為140°C、120°C、100°C，干燥時(shí)間共計(jì) 30min，然后通過縐片機(jī)進(jìn)行二次干燥，制得母膠。
[0039] (4)母膠的成型 根據(jù)需求將經(jīng)過脫水處理的物料切割成膠粒。
[0040] (5)硫化橡膠的制備 將上述制備的母膠與市售天然橡膠按照1:9的質(zhì)量比加入開煉機(jī)，按配方加入硫化劑、 防老劑、抗氧劑等助劑即得預(yù)分散混煉膠，經(jīng)硫化后制得含石墨烯微片的硫化橡膠，其相關(guān) 性能如表1所示。
[0041 ] 實(shí)施例5 (1)石墨烯微片分散液的制備 取600L水、0.5kg烷基丁二酸酯磺酸鈉加入到石墨烯攪拌罐中，攪拌均勻制得水溶液； 將48Kg石墨烯微片加入到上述水溶液中，常溫下3000rpm高速攪拌分散2小時(shí)，制備質(zhì)量分 數(shù)為8%的石墨烯微片水分散液。
[0042] (2)石墨烯微片分散液/ 丁苯膠乳的混合與凝結(jié) 通過管道將石墨烯攪拌罐中制備好的石墨烯微片水分散液輸送到混合釜中，同時(shí)將膠 乳罐中的膠乳輸送到混合釜種，控制液體流量，使400kg干膠含量為40 %的丁苯橡膠乳同時(shí) 加入高速攪拌機(jī)中，攪拌速度為800rpm，攪拌時(shí)間為20min，制得混合物料;將混合物料輸送 到沉降池中；絮凝劑儲(chǔ)罐中儲(chǔ)存有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25 %的NaCl溶液，NaCl溶液的通過計(jì)量設(shè)備 輸送到沉降池中，經(jīng)過攪拌，沉降池中的膠乳粒子與石墨烯微片凝聚形成的漿狀物。檢測(cè)沉 降池中還設(shè)有pH值監(jiān)控設(shè)備，用于監(jiān)控沉降池中物料的酸堿度，使pH值控制在5。
[0043] (3)母膠的脫水 機(jī)械臂收集沉降池中的漿狀物，并將上述漿狀物瀝水水洗后依次輸送到壓片機(jī)一、壓 片機(jī)二、壓片機(jī)三中進(jìn)行粗干燥，粗干燥的溫度依次為150°C、130°C、100°C，干燥時(shí)間共計(jì) 25min，然后通過縐片機(jī)進(jìn)行二次干燥，制得母膠。
[0044] (4)母膠的成型 根據(jù)需求將經(jīng)過脫水處理的物料壓成膠片。
[0045] (5)硫化橡膠的制備 將上述制備的母膠與市售丁苯橡膠1502按照1:7的質(zhì)量比加入開煉機(jī)，按配方加入硫 化劑、防老劑、抗氧劑等助劑即得預(yù)分散混煉膠，經(jīng)硫化后制得含石墨烯微片的硫化橡膠， 其相關(guān)性能如表1所示。
[0046] 實(shí)施例6 (1)石墨烯微片分散液的制備 取600L水、0.5Kg脂肪酸聚氧乙烯脂加入到石墨烯攪拌罐中，攪拌均勻制得水溶液;將 64Kg石墨烯微片加入到上述水溶液中，常溫下2500rpm高速攪拌分散5小時(shí)，制備質(zhì)量分?jǐn)?shù) 為14%的石墨烯微片水分散液。
[0047] (2)石墨烯微片分散液/ 丁苯膠乳的混合與凝結(jié) 通過管道將石墨烯攪拌罐中制備好的石墨烯微片水分散液輸送到混合釜中，同時(shí)將膠 乳罐中的膠乳輸送到混合釜種，控制液體流量，使1000kg干膠含量為40 %的丁苯橡膠乳同 時(shí)加入高速攪拌機(jī)中，攪拌速度為800rpm，攪拌時(shí)間為20min，制得混合物料;將混合物料輸 送到沉降池中；絮凝劑儲(chǔ)罐中儲(chǔ)存有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25 %的NaCl溶液，NaCl溶液的通過計(jì)量設(shè) 備輸送到沉降池中，經(jīng)過攪拌，沉降池中的膠乳粒子與石墨烯微片凝聚形成的漿狀物;檢測(cè) 沉降池中還設(shè)有pH值監(jiān)控設(shè)備，用于監(jiān)控沉降池中物料的酸堿度，使pH值控制在6。
[0048] (3)母膠的脫水 機(jī)械臂收集沉降池中的漿狀物，并將上述漿狀物瀝水水洗后依次輸送到壓片機(jī)一、壓 片機(jī)二、壓片機(jī)三中進(jìn)行粗干燥，粗干燥的溫度依次為150°(：、120°(：、90°(：，干燥時(shí)間共計(jì) 20min，然后通過縐片機(jī)進(jìn)行二次干燥，制得母膠。
[0049] (4)母膠的成型 根據(jù)需求將經(jīng)過脫水處理的物料壓成膠條。
[0050] (5)硫化橡膠的制備 將上述制備的母膠與市售丁苯橡膠按照5:1的質(zhì)量比加入開煉機(jī)，按配方加入硫化劑、 防老劑、抗氧劑等助劑即得預(yù)分散混煉膠，經(jīng)硫化后制得含石墨烯微片的硫化橡膠，其相關(guān) 性能如表1所示。
[0051 ] 實(shí)施例7 (1)石墨烯微片分散液的制備 取600L水、0.5Kg十二烷基苯磺酸鈉加入到石墨烯攪拌罐中，攪拌均勻制得水溶液;將 30Kg石墨烯微片加入到上述水溶液中，常溫下1800rpm高速攪拌分散2.5小時(shí)，制備質(zhì)量分 數(shù)為5%的石墨烯微片水分散液。
[0052] (2)石墨烯微片分散液/ 丁苯膠乳的混合與凝結(jié) 通過管道將石墨烯攪拌罐中制備好的石墨烯微片水分散液輸送到混合釜中；將膠乳罐 中的膠乳輸送到混合釜種，控制液體流量，使1000kg干膠含量為40 %的丁苯橡膠乳同時(shí)加 入高速攪拌機(jī)中，同時(shí)將助劑、填料通過助劑填料計(jì)量裝置加入到混合釜中，將上述物料高 速攪拌，攪拌速度為800rpm，攪拌時(shí)間為20min，制得混合物料;將混合物料輸送到沉降池 中；絮凝劑儲(chǔ)罐中儲(chǔ)存有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25 %的NaCl溶液，NaCl溶液的通過計(jì)量設(shè)備輸送到沉 降池中，經(jīng)過攪拌，沉降池中的膠乳粒子與石墨烯微片凝聚形成的漿狀物。檢測(cè)沉降池中還 設(shè)有pH值監(jiān)控設(shè)備，用于監(jiān)控沉降池中物料的酸堿度，使pH值控制在4。
[0053] (3)母膠的脫水 機(jī)械臂收集沉降池中的漿狀物，并將上述漿狀物瀝水水洗后依次輸送到壓片機(jī)一、壓 片機(jī)二、壓片機(jī)三中進(jìn)行粗干燥，粗干燥的溫度依次為150°(：、120°(：、90°(：，干燥時(shí)間共計(jì) 30min，然后通過縐片機(jī)進(jìn)行二次干燥，制得母膠。
[0054] (4)母膠的成型 根據(jù)需求將經(jīng)過脫水處理的物料壓成膠塊。
[0055] (5)硫化橡膠的制備 將上述制備的母膠加入開煉機(jī)，按配方加入填料、硫化劑、防老劑、抗氧劑等助劑即得 預(yù)分散混煉膠，經(jīng)硫化后制得含石墨烯微片的硫化橡膠，其相關(guān)性能如表1所示。
[0056] 對(duì)比例1 將天然膠標(biāo)準(zhǔn)膠在50°C烘箱中預(yù)烘20分鐘后再雙輥式開煉機(jī)塑煉2分鐘，按配方加入 各種助劑，經(jīng)硫化后得到天然膠硫化膠，其相關(guān)性能如表1所示。
[0057] 對(duì)比例2 將100質(zhì)量份的天然膠標(biāo)準(zhǔn)膠在50°c烘箱中預(yù)烘20分鐘后再雙輥式開煉機(jī)塑煉2分鐘， 按配方加入各種助劑以及1質(zhì)量份的石墨烯微片粉末，經(jīng)硫化后得到熔融加工法石墨烯微 片/天然膠硫化膠，其相關(guān)性能如表1所示。
[0058] 對(duì)比例3 將100質(zhì)量份的丁苯膠1502在雙輥式開煉機(jī)塑煉2分鐘，按配方加入各種助劑以及1質(zhì) 量份的石墨烯微片粉末，經(jīng)硫化后得到熔融加工法石墨烯微片/ 丁苯膠硫化膠，其相關(guān)性能 如表1所示。
[0059] 對(duì)比例4 將高速攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)為400rpm，分別加入100kg干膠含量為60 %的天然膠乳和質(zhì)量分 數(shù)為2 %的乙酸溶液，混合攪拌30 min后將形成的衆(zhòng)狀物瀝水水洗后依次通過擠出機(jī)脫水、 三次干燥機(jī)干燥，三次干燥溫度依次為140 °C，120 °C以及90 °C，干燥30分鐘后出料，得到乳 液凝固天然膠。
[0060] 實(shí)施例1-7及對(duì)比例1-4的制得的硫化橡膠的力學(xué)性能，測(cè)試指標(biāo)和方法如下： 硬度:GB/T531.1-2008; 拉伸強(qiáng)度：GB/T528-2009; 扯斷伸長(zhǎng)率：GB/T528-2009; 100%定伸應(yīng)力：GB/T528-2009; 撕裂強(qiáng)度:GB/T529-2008; 耐熱性:GB/T1699-1982; 測(cè)試結(jié)果如表1所示。
[0061] 表1不同膠料得到的硫化橡膠的力學(xué)強(qiáng)度及動(dòng)態(tài)力學(xué)性能對(duì)比
從表1數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)母膠法制備的硫化橡膠比未添加石墨烯微片的硫化橡膠以及 熔融共混法制備的硫化橡膠的力學(xué)性能都要優(yōu)異，而且60°C損耗因子也有一定程度的降 低，對(duì)于降低輪胎的滾動(dòng)阻力造成的損耗有較好的效果。
[0062]以上所述的實(shí)施例僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍 進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案 作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種石墨烯微片預(yù)分散母膠的制備方法，其特征在于，包括將石墨烯微片分散液與 膠乳通過高速攪拌機(jī)攪拌混合制得混合物料，向上述混合物料中加入絮凝劑使混合物料凝 聚形成漿狀物;將漿狀物通過粗干燥、二次干燥制得母膠。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯微片預(yù)分散母膠的制備方法，其特征在于:所述制備混 合液時(shí)高速攪拌機(jī)的攪拌速度為400~800rpm，攪拌時(shí)間為20~40min。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯微片預(yù)分散母膠的制備方法，其特征在于:所述粗干燥 分三階段，干燥溫度區(qū)間依次為120~160°C，100~150°C，80~120°C，干燥時(shí)間5~30min。4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的石墨烯微片預(yù)分散母膠的制備方法，其特征在于:所 述石墨稀微片分散液的固含量為0.1%~40%。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的石墨烯微片預(yù)分散母膠的制備方法，其特征在于:所述石墨烯 微片分散液的制備方法為將石墨烯微片通過高速攪拌機(jī)分散于水中，攪拌速度為2000-3000rpm，攪拌時(shí)間為2-5h。6. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的石墨烯微片預(yù)分散母膠的制備方法，其特征在于:所 述膠乳為固含量為30%~60%的天然膠乳、丁苯膠乳、羧基丁苯膠乳、丁腈膠乳、羧基丁腈膠 乳、三元乙丙膠乳、氯丁膠乳、丁基膠乳中的一種或幾種。7. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的石墨烯微片預(yù)分散母膠的制備方法，其特征在于:所 述絮凝劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)〇. 1%~25%的硫酸、鹽酸、醋酸、氯化鈣溶液、氯化鈉溶液、氯化鉀溶液、 乙醇中的一種或幾種。8. -種石墨烯微片預(yù)分散母膠的生產(chǎn)裝置，其特征在于，包括混合釜、沉降池、干燥裝 置;所述混合釜具有原料進(jìn)口、混合物出口；混合物出口與沉降池通過管道連接；絮凝劑儲(chǔ) 罐與沉降池通過管道連接，所述絮凝劑儲(chǔ)罐與沉降池之間設(shè)有計(jì)量設(shè)備;干燥裝置，所述干 燥裝置包括依次順序連接的壓片機(jī)一、壓片機(jī)二、壓片機(jī)三以及縐片機(jī);設(shè)置在沉降池與干 燥裝置之間的機(jī)械臂;檢測(cè)沉降池中液體酸堿度的pH值監(jiān)控設(shè)備。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的石墨烯微片預(yù)分散母膠的生產(chǎn)裝置，其特征在于，還包括用于 向混合釜輸送膠乳的膠乳罐，所述膠乳罐與混合釜的原料進(jìn)口通過管道連接；用于制備并 且向混合釜輸送石墨烯的石墨烯攪拌罐，所述石墨烯攪拌罐與混合釜的原料進(jìn)口通過管道 連接。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的石墨烯微片預(yù)分散母膠的生產(chǎn)裝置，其特征在于，還包括助 劑填料計(jì)量裝置，所述助劑填料計(jì)量裝置與混合釜通過管道連接。
【文檔編號(hào)】C08K13/02GK106084332SQ201610677684
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年8月16日 公開號(hào)201610677684.8, CN 106084332 A, CN 106084332A, CN 201610677684, CN-A-106084332, CN106084332 A, CN106084332A, CN201610677684, CN201610677684.8
【發(fā)明人】陶磊, 曹蘭
【申請(qǐng)人】青島藍(lán)灣烯碳材料科技有限責(zé)任公司