[發明專利]一種石墨烯橡膠濃縮料及石墨烯橡膠的生產方法

有效

• 申請號: 201811541280.1
• 申請日: 2018-12-17
• 公開（公告）號: CN109705407B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 鄧超然;張亞妮
• 申請（專利權）人: 蘇州鼎烯聚材納米科技有限公司
• 主分類號: C08L7/00
• 分類號: C08L7/00;C08K13/06;C08K9/00;C08K9/06;C08K3/04;C08K3/36;C08K3/06;C08K3/22
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏;何俊

1.一種石墨烯橡膠濃縮料的生產方法，其特征在于包括以下步驟：

a）以膨脹倍數大于600倍的可膨脹石墨為原材料，在低惰性載氣流量或無載氣條件下加熱至900~1800℃膨脹后得到比表面積大于60m²/g的石墨蠕蟲；

b）將石墨蠕蟲轉移至濃度3%以上的臭氧環境中，在150~350℃下氧化5~180秒；

c) 將石墨蠕蟲與濃度為5~25wt%的巰丙基甲基二甲氧基硅烷乙醇水溶液或Si69乙醇水溶液按重量比1:0.01~1以噴霧方式混合，先在室溫下反應，然后加熱至70~100℃進行表面改性；

所述石墨蠕蟲與巰丙基甲基二甲氧基硅烷乙醇水溶液或Si69乙醇水溶液的重量比1:0.1~0.5；巰丙基甲基二甲氧基硅烷乙醇水溶液或Si69乙醇水溶液中乙醇水溶液的配方為78-82%乙醇、16-20%去離子水和1-3%乙酸；

d) 將表面改性后的石墨蠕蟲加入至5~100倍質量的去離子水中，分散混合10min-5h，得到均勻的石墨漿料；對石墨漿料在20~50℃下以≥10000/s的剪切速度進行高剪切循環剝離均質處理，得到粘稠的、平均粒徑小于20μm的石墨烯漿料；

e）將石墨烯漿料與濃度為30~60wt%的氨水穩定乳膠水溶液按重量比1~35:100緩慢混合，在混合過程中逐漸提高分散速度，分散速度大于100rpm，分散時間為10min-2h，得到混合漿料；對混合漿料在20-50℃下以≥10000/s的剪切速度進行高剪切循環剝離均質處理，得到平均粒徑小于20μm的石墨烯乳膠漿料；

f）向石墨烯乳膠漿料加入甲酸溶液使pH低于5，使乳膠與石墨烯共同凝絮，與水分相，將水壓濾擠出，干燥后得石墨烯橡膠濃縮料。

2.如權利要求1所述的一種石墨烯橡膠濃縮料的生產方法，其特征在于，步驟b）中，臭氧濃度大于5%。

3.如權利要求1所述的一種石墨烯橡膠濃縮料的生產方法，其特征在于，步驟c）中，室溫反應時間為10-200min，加熱至70~100℃后反應20~300min。

4.如權利要求1所述的一種石墨烯橡膠濃縮料的生產方法，其特征在于，步驟f）中，加入甲酸溶液使pH低于4；壓濾壓力大于0.3MPa，干燥溫度為55-65℃，干燥后石墨烯的含量大于10wt%。

5.如權利要求1所述的一種石墨烯橡膠濃縮料的生產方法，其特征在于，所述石墨烯橡膠濃縮料通過石墨烯橡膠濃縮料大規模連續生產裝置制得，所述裝置包括依次連接的可膨脹石墨儲罐（4）、高溫電加熱膨脹爐（1）、臭氧氧化爐（3）、旋轉閉風器（7）、攪拌耐壓反應釜（9）、漿料泵（10）和壓濾機（16）；

其中，可膨脹石墨儲罐通過螺桿進料機（5）向高溫電加熱膨脹爐進料，高溫電加熱膨脹爐的周側設有碳化硅加熱棒（2），臭氧氧化爐上連接有臭氧發生器（6），旋轉閉風器與攪拌耐壓反應釜之間的管路上設有鼓風機（8），攪拌耐壓反應釜的頂部連接有偶聯劑儲罐（12）、乳膠儲罐（14）、甲酸儲罐（13）和去離子水儲罐（15）；攪拌耐壓反應釜底部的排料閥門和攪拌耐壓反應釜頂部之間設有循環回路的膠體磨均質機（11）；攪拌耐壓反應釜內設有攪拌機構和加熱機構；

所述膠體磨均質機中，在每段環節采用多組定子和轉子的組合，定子和轉子之間的距離在50至200微米；

所述攪拌機構包括驅動機構、攪拌軸和環繞攪拌軸的立式螺帶，所述攪拌機構的轉動方向可調節，順時針轉動時混料，逆時針轉動時排料。

6.如權利要求5所述的一種石墨烯橡膠濃縮料的生產方法，其特征在于，所述旋轉閉風器的葉片上設有透氣孔。

7.一種利用權利要求1所述方法制得的石墨烯橡膠濃縮料制備石墨烯橡膠的方法，其特征在于包括以下步驟：

1）將生膠和白炭黑在密煉機內密煉，加入硫化劑、硫化促進劑、硫化活性劑、防老化劑繼續密煉；

2）加入石墨烯橡膠濃縮料繼續密煉，得到均勻的石墨烯生橡膠；

3）用開煉機擠出生膠片，將生膠片置于密閉模具內用硫化機硫化，得石墨烯橡膠，石墨烯在石墨烯橡膠中的含量為0.01~5wt%。