[發明專利]一種導電橡膠用石墨尾礦復合粉體填料及其制備和應用

有效

• 申請號: 201410261663.9
• 申請日: 2014-06-12
• 公開（公告）號: CN104017258A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 呂國誠;廖立兵;海韻;劉夢;梅樂夫
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（北京）
• 主分類號: C08L9/06
• 分類號: C08L9/06;C08K13/06;C08K9/06;C08K3/04;C08K3/34;C08K3/36;C08K3/22;C08K5/09;C08K3/06
• 代理公司: 北京康思博達知識產權代理事務所(普通合伙) 11426
• 代理人: 路永斌;余光軍

技術領域

本發明屬于導電橡膠制備領域，涉及導電橡膠填料的改性，特別涉及用石墨尾礦作為導電橡膠填料的改性劑，及由該改性的填料制備的導電橡膠。

背景技術

我國石墨資源儲量和產量都居世界首位，然而，開采石墨后剩余的石墨尾礦通常采取堆積處理，而未能對其加以利用，不僅占用了大量的農林用地，對大氣和水土造成嚴重污染，而且在多雨季節，大量的降水極易引起石墨尾礦的塌陷和滑坡，存在很大的安全隱患。因此，需要尋求一種對石墨尾礦無二次污染的再利用方法。

橡膠是日常生活離開的材料，如洗車輪胎、鞋底等，但由于橡膠的絕緣性，使得橡膠的應用受到極大的限制，因此，導電橡膠成為開發的熱點之一。

現有技術中導電橡膠的制備方法主要分為兩種，一種為對橡膠的分子結構進行改性，在分子層面上對橡膠的導電性進行改變，但由于橡膠中分子形成有機網狀結構，其傳導電子具有較大的阻礙，因此，對其分子結構進行改性使橡膠具有導電性存在很大的困難，目前尚未通過此種方法制備出導電性能好的導電橡膠；另一種制備導電橡膠的方法為，在制備橡膠的過程中向其中加入導電填料，使橡膠中均勻分布有導電填料，通過導電填料來增加橡膠的導電性，目前現在技術中以導電炭黑為常規的導電填料。

然而，導電炭黑由于其粒徑較小，常會發生團聚，不易在橡膠中均勻分散，通常還需要添加其它助劑來幫助其分散；同時，導電炭黑價格昂貴，導致導電橡膠的價格也居高不下。

因此，亟需開發一種價格低廉，且導電性能優良的導電橡膠用填料。

發明內容

為了解決上述問題，本發明人進行了銳意研究，結果發現：在石墨尾礦中，隨著顆粒粒徑的逐級變小，其中石墨的富集越來越明顯，并以200目為分界點，在200目篩上的尾礦顆粒中，石墨含量小于原礦，而在200目篩下的尾礦顆粒中石墨含量遠高于原礦，因此，本發明選擇在200目下對石墨進行選礦富集，選礦產物中石墨含量高，將選礦產物與導電炭黑復配作為導電橡膠復合填料，可以改善導電炭黑在橡膠中的分散性，使導電填料在橡膠中分布更為均勻，從而使導電橡膠的導電性更加顯著，同時，石墨尾礦中摻雜的云母和石英也可以提高制得的導電橡膠的力學性能，因此，本發明將選礦產物添加到導電橡膠填料中，制得新型導電橡膠填料，用該新型導電橡膠填料制備性能相似的導電橡膠，可以減少約33％的導電炭黑用量，從而完成本發明。

本發明的目的在于提供以下方面：

第一方面，本發明提供一種復合粉體，其由石墨尾礦經過選礦得到，其特征在于，該粉體由包括以下重量份的成分制成：

優選為，

更優選為，

其中，

雜質為石墨尾礦經過選礦后得到的除石墨、石英和云母以外的所有組分，如微斜長石、斜長石、方解石、赤鐵礦、閃石和綠泥石等；

所述用于制備導電橡膠復合填料的復合粉體通過包括以下步驟的方法制得：

(1)將石墨尾礦通過重選法選礦，使其中的石墨重量:石英重量:云母重量:雜質重量＝(65～100):(0.1～15):(0.1～10):(0.05～1)，得到粉體前體；

(2)將步驟(1)中得到的粉體前體粉碎，至粒徑為3～4μm，制得粉體粉末；

(3)向步驟(2)中制得的粉體粉末中依次加入水和硅烷偶聯劑，在60～95℃下，優選為70～90℃，如80℃下攪拌，濾除溶劑后干燥，得復合粉體。

第二方面，本發明提供上述的用于制備導電橡膠復合填料的復合粉體，其特征在于，所述石墨尾礦為黑龍江省鶴崗市蘿北縣云山石墨尾礦。

第三方面，本發明提供上述的用于制備導電橡膠復合填料的復合粉體，其特征在于，

步驟(3)中粉體粉末與硅烷偶聯劑按重量比為粉體粉末:硅烷偶聯劑＝100:3～5，優選為100:4；

所述硅烷偶聯劑選自：硅烷偶聯劑，優選型號為KH550，KH560，KH570，KH792，DL602，DL171的硅烷偶聯劑，更優選型號為KH550，KH560，KH570的硅烷偶聯劑，更優選型號為KH550的硅烷偶聯劑。

第四方面，本發明還提供一種制備導電橡膠復合填料的復合粉體的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)將石墨尾礦選礦，使其中的石墨:石英:云母:雜質＝(65～100):(0.1～15):(0.1～10):(0.05～1)，優選(70～90):(5～12):(2～8):(0.1～0.8)更優選85.5:11:3:0.5，得到粉體前體；

其中，所述石墨尾礦為黑龍江省鶴崗市蘿北縣云山石墨尾礦；