[發(fā)明專利]一種高石墨烯濃度乳膠的生產(chǎn)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110677373.2
• 申請(qǐng)日: 2021-06-18
• 公開（公告）號(hào): CN113292739A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧超然;寇亞虎;張旭;張建兵;王強(qiáng);練彬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東航邁新材料科技有限公司;東莞市三航軍民融合創(chuàng)新研究院
• 主分類號(hào): C08J3/02
• 分類號(hào): C08J3/02;C08L7/02;C08K3/04;C08K9/04
• 代理公司: 東莞市中正知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙) 44231
• 代理人: 成偉

本發(fā)明公開了一種高石墨烯濃度乳膠的生產(chǎn)方法，采用對(duì)氧化石墨烯表面復(fù)合改性的方法降低氧化石墨烯與乳膠的不兼容性，改性劑為酪素、芳香烴胺和水溶性有機(jī)多氨，以氨水調(diào)整pH在堿性環(huán)境下改性，所得濃縮石墨烯漿料也維持堿性與乳膠混合后，達(dá)到改性石墨烯在乳膠固含中的重量比例為1～10wt％，改性石墨烯乳膠的機(jī)械穩(wěn)定性超過(guò)100秒，實(shí)現(xiàn)石墨烯乳膠/橡膠具有多功能性，即高導(dǎo)熱、高導(dǎo)電、高強(qiáng)度和抑菌等功能。而通過(guò)本發(fā)明方法制得的高石墨烯濃度乳膠生產(chǎn)的乳膠海綿，熱導(dǎo)率為常見乳膠海綿的一倍以上。并且通過(guò)本發(fā)明方法可實(shí)現(xiàn)連續(xù)大規(guī)模生產(chǎn)，生成成本低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石墨烯乳膠制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于高石墨烯濃度的乳膠海綿的大規(guī)模生產(chǎn)方法。

背景技術(shù)

橡膠塑料等常見有機(jī)物的熱導(dǎo)率在0.2W/mK左右，而且是電絕緣材料；發(fā)泡材料的熱導(dǎo)率在0.02W/mK左右，是絕熱材料。與乳膠、塑料和樹脂等有機(jī)物比較，石墨烯的熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率為常見有機(jī)物的萬(wàn)倍以上，因此通過(guò)添加石墨烯可以大幅增加這些材料的電、熱性能。而且電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率的增加與石墨烯在復(fù)合材料中的濃度成正相關(guān)，石墨烯的濃度越高，這些物性的增加速度越快，且并非簡(jiǎn)單的線性增加，所以高石墨烯濃度的有機(jī)材料的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性更高。

天然乳膠以聚戊二烯為主成分的乳化分散液，乳膠顆粒的平均粒徑在微米范圍，少量的蛋白質(zhì)、有機(jī)酸等起到表面活性劑的作用為分散劑，并且在堿性的環(huán)境下穩(wěn)定，天然乳膠穩(wěn)定性不佳，過(guò)濾提純濃縮后需要通過(guò)添加氨水增加保存穩(wěn)定性。添加的氨水在使用前需要通過(guò)脫氨工藝脫氨，脫氨后的乳膠需要添加其它類型的穩(wěn)定劑增加穩(wěn)定性，特別是機(jī)械穩(wěn)定性，確保使用過(guò)程中的乳膠性能穩(wěn)定，酪素、明膠、氫氧化鉀/鈉、月桂酸銨、油醇硫酸鈉等作為穩(wěn)定劑廣泛應(yīng)用在乳膠行業(yè)。

石墨烯為中性材料，在水中的分散性差，氧化石墨烯偏酸性，雖然在水中的分散性比較好，但是與在堿性條件下穩(wěn)定的乳膠并不兼容，混合后可能出現(xiàn)凝膠現(xiàn)象，特別是高濃度添加后乳膠的穩(wěn)定性下降，在石墨烯與乳膠混合過(guò)程中發(fā)生凝膠或在高速攪拌發(fā)泡工藝中發(fā)生凝膠現(xiàn)象。經(jīng)分析研究，這與石墨烯的高長(zhǎng)徑比和如刀片一樣的鋒利有關(guān)，在攪拌過(guò)程中，鋒利的石墨烯切割乳膠的顆粒，產(chǎn)生新的乳膠界面。新的界面為親油性，與水性石墨烯不兼容，破壞了乳膠的穩(wěn)定性，親油性的乳膠發(fā)生了聚合。

乳膠中添加石墨烯也是制備石墨烯橡膠的一種常規(guī)工藝，與密煉和開煉等混合石墨烯添加工藝比較剪切的應(yīng)力適中，石墨烯的撕裂破壞較輕。但石墨烯的高濃度添加可能改變?nèi)槟z或橡膠力學(xué)性能，石墨烯的表面在硫化過(guò)程中有可以與乳膠/橡膠反應(yīng)的官能團(tuán)，則可以增加石墨烯乳膠的力學(xué)強(qiáng)度。

因此，需要研究能夠提高乳膠中石墨烯濃度的生產(chǎn)工藝。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種工藝方法更簡(jiǎn)單、以天然濃縮乳膠和氧化石墨烯為原料，通過(guò)表面改性氧化石墨烯與乳膠的混合兼容性、石墨烯乳膠的機(jī)械穩(wěn)定性和橡膠分子與石墨烯的化學(xué)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)石墨烯乳膠/橡膠具有多功能性，即高導(dǎo)熱、高導(dǎo)電、高強(qiáng)度和抑菌等功能的高石墨烯濃度乳膠的生產(chǎn)方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種高石墨烯濃度乳膠的生產(chǎn)方法，其特征在于包括以下步驟：

a)以氧化石墨烯為原材料，其氧含量為5～30％；

b)將氧化石墨烯采用高剪切或超聲等工藝分散在去離子水中，制備水性漿料，漿料中氧化石墨烯的濃度為0.1～10wt％；

c)將氧化石墨烯漿料與酪素、芳香烴胺、水溶性有機(jī)多氨、氨水按比例順序在加熱反應(yīng)釜內(nèi)攪拌混合，各組分的重量比為，水：氧化石墨烯：酪素：芳香烴胺：水溶性有機(jī)多氨：濃度20％的氨水為100：0.1～11：0.01～1：0.01～1：0.01～1：0.01～0.05；

d)首先加入芳香烴胺，持續(xù)攪拌，將釜內(nèi)的溫度升至70～95℃，維持3～5小時(shí)，再按比例加入酪素、水溶性有機(jī)多氨、濃度20％的氨水，持續(xù)反應(yīng)3～10小時(shí)，得到改性石墨烯漿料；