[發明專利]一種石墨烯?ZDTP復合預分散母膠粒及其制備方法

在審

• 申請號: 201710484517.6
• 申請日: 2017-06-23
• 公開（公告）號: CN107189140A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 連千榮;谷建鵬;趙永青
• 申請（專利權）人: 寧波艾克姆新材料有限公司
• 主分類號: C08L9/06
• 分類號: C08L9/06;C08L91/00;C08L23/16;C08L33/04;C08L71/03;C08L9/02;C08K13/02;C08K3/04;C08K5/5398;C08K5/544;C08K5/09;C08K5/098;C08K3/36
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務所(普通合伙)33226
• 代理人: 謝瀟

技術領域

本發明涉及橡膠助劑預分散造粒技術領域，具體是一種石墨烯-ZDTP復合預分散母膠粒及其制備方法。

背景技術

石墨烯是一種碳原子在二維平面內緊密堆積形成二維蜂窩晶格的新型碳材料。目前石墨烯是世界上最薄但卻最堅硬的納米材料，其幾乎完全透明，僅吸收2.3％的光；其導熱系數達5300W/m·K，遠高于金剛石和碳納米管；常溫下，其電子遷移率達15000cm²/V·s，遠高于碳納米管和硅晶體；其電阻率約為10^-6Ω·cm，導電性優異，與某些金屬相當；其具有高的比表面積，極限值可達2630m²/g。由于石墨烯表現出的獨特特性，其在橡膠、納米器件、復合材料、傳感器、鋰電池、儲氫材料等領域有著巨大的應用前景。

然而，石墨烯應用于橡膠中還存在較多問題。石墨烯厚度小，比表面積大，通常以多層形態存在，不光在日常貯存過程中易團聚，而且在橡膠混煉過程中團聚嚴重，導致其在橡膠中不能均勻分散，對橡膠品質造成不利影響。石墨烯的分散與石墨烯表面化學、石墨烯與橡膠界面關系以及復合材料的制備方法關系密切。石墨烯在橡膠矩陣中由于片與片之間的范德華力，具有較高的團聚趨勢，因此石墨烯在橡膠中的均勻分散是一個技術難題。另外，石墨烯的密度小，包裝和運輸不便，在使用中存在分散性差的問題。

二烷基二硫代磷酸鋅(即ZDTP)為一種低成本的橡膠硫化促進劑，可提高橡膠硫化的交聯程度，并提高硫化膠的耐熱性，在硫化膠中不噴霜，且在硫化過程中不會產生有害的亞硝胺。ZDTP是一種無色至淡黃色液態，一般需密封儲存在鐵桶內，運輸和使用不便。有時生產廠家會將約70％的ZDTP與約30％的二氧化硅粉料混合，得到白色粉末，以方便用塑料薄膜袋和紙箱儲存，同時帶來粉塵問題，在生產、包裝和使用過程中粉塵飛揚，給操作人員的身體健康帶來隱患，在造成物料損耗的同時會污染車間環境。此外，ZDTP在橡膠膠料中存在分散不均勻的問題。

因此，針對石墨烯和ZDTP的分散性等問題，本發明提出一種石墨烯-ZDTP復合預分散母膠粒及其制備方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：針對現有技術的不足，提供一種石墨烯-ZDTP復合預分散母膠粒及其制備方法，該預分散母膠粒含有石墨烯和ZDTP這兩種活性成分，能夠有效解決硫化橡膠制品中石墨烯和ZDTP的分散性問題，提高橡膠膠料的硫化性能和力學性能。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種石墨烯-ZDTP復合預分散母膠粒，其重量百分比組成為：石墨烯45～52％，二烷基二硫代磷酸鋅20～40％，γ-氨丙基三乙氧基硅烷2～5％，硬脂酸1～5％，脂肪酸皂1～3％，無機填料3～15％，橡膠基體8～15％，環烷油5～15％，以上組成的重量百分比之和為100％。

作為優選，所述的無機填料為納米二氧化硅和納米氧化鋁的混合物。

作為優選，所述的納米二氧化硅和所述的納米氧化鋁的重量比為(1～4)：1。

作為優選，所述的納米二氧化硅和所述的納米氧化鋁的粒徑均為60～100nm。

作為優選，所述的橡膠基體為三元乙丙橡膠、丁腈橡膠、丁苯橡膠、丙烯酸酯橡膠和氯醇橡膠中的至少一種。

作為優選，一種石墨烯-ZDTP復合預分散母膠粒，其重量百分比組成為：石墨烯50％，二烷基二硫代磷酸鋅25％，γ-氨丙基三乙氧基硅烷3％，硬脂酸1％，脂肪酸皂1％，無機填料3％，丁苯橡膠10％，環烷油7％。

上述石墨烯-ZDTP復合預分散母膠粒的制備方法包括以下步驟：

(1)按照配比準確稱取制備母膠粒所需各原料；

(2)將石墨烯、橡膠基體和無機填料分別均分為三份；將密煉機加熱到60～80℃，在密煉機中首先投入1/3的橡膠基體、1/3的石墨烯和1/3的無機填料，以80～100r/min的攪拌速度攪拌1～3分鐘，再投入1/3的石墨烯、1/3的無機填料和γ-氨丙基三乙氧基硅烷，以80～100r/min的攪拌速度攪拌1～3分鐘，然后投入1/3的橡膠基體、1/3的石墨烯和1/3的無機填料，以60～80r/min的攪拌速度攪拌2～3分鐘，最后投入1/3的橡膠基體、二烷基二硫代磷酸鋅、硬脂酸、脂肪酸皂和環烷油，以90～120r/min的攪拌速度攪拌2～5分鐘，使各原料混合均勻，在75～85℃溫度下出料，得到膠料；

(3)控制主機給定轉速為60～80r/min，將步驟(2)中得到的膠料喂料至擠出機，經30目的濾網過濾后擠出切粒，最終得到石墨烯-ZDTP復合預分散母膠粒。