本发明专利技术涉及橡胶加工工艺技术领域，特别是石墨烯微片预分散母胶的制备方法及生产装置。包括将石墨烯微片分散液与胶乳通过高速搅拌机搅拌混合制得混合物料，向上述混合物料中加入絮凝剂使混合物料凝聚形成浆状物；将浆状物脱水、干燥制得母胶。本发明专利技术工艺简单、操作安全，可以实现大规模连续化生产，较原有间歇法的制备工艺提高了生产效率；相对于熔融加工法，此法得到的母炼胶中石墨烯微片能够实现高度分散；并且相对于之前的方法可以实现快速混合和凝结，干燥脱水阶段结合挤出干燥及烘干的方式缩短了干燥时间，避免了胶料的老化，得到性能优异的石墨烯微片预分散母胶。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及橡胶加工工艺
，特别是石墨烯微片预分散母胶的制备方法及生产装置。
技术介绍
石墨烯作为一种新型碳材料，具有十分优异的性能，它是目前世界上已知的厚度最小、强度最高、硬度最大的完全透明的二维晶体材料，在室温下的导热系数高达5300W/（m·K），电阻率约为10-6Ω·m，为现有电阻率最小的导电材料；比表面约为2600m2/g，理论弹性模量达到103GPa，拉伸强度达到125GPa。因此，将石墨烯应用到复合材料中可以显著提高复合材料的强度、导热性、导电性等常规性能，制备高性能复合材料。由于目前石墨烯的大规模制备工艺不太成熟，导致单层石墨烯的制备成本较高，应用于工业化产品中会大幅度提高产品成本，无法得到广泛的应用。石墨烯微片是指碳层数多于10层、厚度在5～100纳米范围内的超薄的石墨烯层状堆积体，保持了石墨烯的平面型碳六元环共轭晶体结构，具有优异的机械强度、导电、导热性能，以及良好的润滑、耐高温和抗腐蚀特性。相对于普通石墨，石墨烯微片的厚度处在纳米尺度范围内，但其径向宽度可以达到数个到数十个微米，具有超大的形状比，且目前国内已具备大规模生产能力，产品性价比较高。但是单纯地利用熔融混炼加工方法制备石墨烯微片橡胶复合材料时由于石墨烯片层间较大的范德华力使其在橡胶中极易团聚，分散性较差，达不到材料理想的性能，为了解决这一问题，可以通过胶乳共凝聚法制备具有良好分散性的石墨烯微片橡胶复合材料，具体为利用大多数橡胶具有胶乳的形式，与石墨烯微片分散液混合制备在溶液状态下具有插层结构的石墨烯微片/胶乳复合液，再利用絮凝剂絮沉下来即得到具有良好分散性的石墨烯微片/橡胶复合材料。目前针对这一方面的研究都停留在实验室阶段，利用的都是间歇法制备石墨烯微片预分散母胶，胶乳与石墨烯的混合时间长，干燥时间长，胶料在长时间高温环境下容易老化，最终产品性能受到影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术只能采用间歇法制备石墨烯微片分散母胶，石墨烯分散差界面作用弱，母胶容易老化等缺陷，提供一种用石墨烯微片分散母胶的制备方法及生产装置，可以实现胶乳与石墨烯的快速混合和凝结，干燥时间缩短，避免了胶料的老化，得到性能优异的石墨烯微片预分散母胶。本专利技术是采用以下的技术方案实现的：一种石墨烯微片预分散母胶的制备方法，包括将石墨烯微片分散液与胶乳通过高速搅拌机搅拌混合制得混合物料，向上述混合物料中加入絮凝剂使混合物料凝聚形成浆状物；将浆状物通过粗干燥、二次干燥制得母胶。通过石墨烯与胶乳混合、絮凝形成浆状物，进而进行脱水、干燥，可以连续化生产，与间歇法相比生产效率大大提高；母胶中石墨烯微片能够实现高度分散，最终产品中结合胶含量较高，并且相对于之前的方法可以实现胶乳与石墨烯的快速混合和凝结，干燥时间缩短，能耗降低，避免了胶料的老化，得到性能优异的石墨烯微片预分散母胶。干燥过程中将挤出脱水与干燥结合，也能够缩短干燥时间，降低能耗。在后续塑炼过程中可以迅速降低门尼粘度，可以节省烘胶以及塑炼耗能，所得胶料除了力学性能提升外，生热降低、耐疲劳性能提升，可以应用于轮胎以及减震制品等领域。上述技术方案，进一步地，所述制备混合液时高速搅拌机的搅拌速度为400～800rpm，搅拌时间为20-40min。上述技术方案，进一步地，所述粗干燥分三阶段，干燥温度区间依次为120～160℃，100～150℃，80～120℃，干燥时间5～30min。分阶段以及干燥温度依次降低的干燥方式，能够提高干燥效率，缩短干燥时间，减少能耗。上述技术方案，进一步地，所述石墨烯微片分散液的固含量为0.1%～40%。上述技术方案，进一步地，所述石墨烯微片分散液的制备方法为将石墨烯微片通过高速搅拌机分散于水中，搅拌速度为2000-3000rpm，搅拌时间为2-5h。上述技术方案，进一步地，所述胶乳的固含量为30%～60%。上述技术方案，进一步地，所述胶乳为天然胶乳、丁苯胶乳、羧基丁苯胶乳、丁腈胶乳、羧基丁腈胶乳、三元乙丙胶乳、氯丁胶乳、丁基胶乳中的一种或几种。上述技术方案，进一步地，所述絮凝剂为质量分数0.1%～25%的硫酸、盐酸、醋酸、氯化钙溶液、氯化钠溶液、氯化钾溶液、乙醇中的一种或几种。本专利技术还提供一种石墨烯微片预分散母胶的生产装置，包括混合釜、沉降池、干燥装置；所述混合釜具有原料进口、混合物出口；混合物出口与沉降池通过管道连接；絮凝剂储罐与沉降池通过管道连接，所述絮凝剂储罐与沉降池之间设有计量设备；干燥装置，所述干燥装置包括依次顺序连接的压片机一、压片机二、压片机三以及绉片机；设置在沉降池与干燥装置之间的机械臂；检测沉降池中液体的pH值监控设备。石墨烯分散液与胶乳在混合釜中混合均匀后，通过管道进入沉降池，通过计量设备能够方便准确的将絮凝剂输送到沉降池中，在絮凝剂的作用下，沉降池中的混合物料形成浆状物，机械臂收集并将浆状物输送到干燥装置中进行粗干燥和二次干燥处理；本装置能够实现石墨烯微片分散母胶的连续化生产，提高了生产效率，缩短干燥时间，降低能耗，提高产品性能。pH值监控设备用于监控沉降池中物料的酸碱度，使pH值控制在4～6范围内。本生产装置中采用的设备造价较低，企业可以利用自身已有的设备进行改造，能够减轻企业生产成本，适合推广。上述技术方案，进一步地，还包括用于向混合釜输送胶乳的胶乳罐，所述胶乳罐与混合釜的原料进口通过管道连接；用于制备并且向混合釜输送石墨烯的石墨烯搅拌罐，所述石墨烯搅拌罐与混合釜原料进口通过管道连接。上述技术方案，进一步地，还包括助剂填料计量装置，所述助剂填料计量装置与混合釜管道连接，根据需要添加相应增塑剂防老剂环保油等助剂。本专利技术工艺简单、操作安全，可以实现大规模连续化生产，较原有间歇法的制备工艺提高了生产效率；相对于熔融加工法，此法得到的母炼胶中石墨烯微片能够实现高度分散；并且相对于之前的方法可以实现快速混合和凝结，干燥脱水阶段结合挤出干燥及烘干的方式缩短了干燥时间，避免了胶料的老化，得到性能优异的石墨烯微片预分散母胶。实际应用中在塑炼过程中可以迅速降低门尼粘度，可以节省烘胶以及塑炼耗能，所得胶料除了力学性能提升外，生热降低、耐疲劳性能提升。能够在工厂现有设备及工艺基础上实现连续化生产，并且简化应用过程中的烘胶以及塑炼工艺，达到节能、提高工作效率的目标，所制备的胶料具有良好的物理机械性能及功能性。本专利技术制备了不同石墨烯微片含量以及在不同弹性体基材中分散的母胶，石墨烯微片在混炼胶中能够均匀分散，避免了自身的团聚，含量可控，且工艺简单、成本较低、是一种值得开发的新型制备方法。附图说明图1是本专利技术的生产装置结构示意图。其中，1混合釜；2石墨烯搅拌罐；3胶乳罐；4絮凝剂储罐；5沉降池；6计量设备；7pH值监控设备；8压片机一；9压片机二；10压片机三；11绉片机；12助剂填料计量装置。具体实施方式为了能够更加清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合实施例对本专利技术做进一步说明。实施例1（1）石墨烯微片分散液的制备取600L水、6kg石墨烯微片加入到石墨烯搅拌罐2中，常温下2500rpm高速搅拌分散5小时，制备质量分数为1%的石墨烯微片水分散液。（2）石墨烯微片分散液/天然胶乳的混合与凝结通过管道将石墨烯搅拌罐2中制备好的石墨烯微片水分散本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种石墨烯微片预分散母胶的制备方法，其特征在于，包括将石墨烯微片分散液与胶乳通过高速搅拌机搅拌混合制得混合物料，向上述混合物料中加入絮凝剂使混合物料凝聚形成浆状物；将浆状物通过粗干燥、二次干燥制得母胶。
【技术特征摘要】
1.一种石墨烯微片预分散母胶的制备方法，其特征在于，包括将石墨烯微片分散液与胶乳通过高速搅拌机搅拌混合制得混合物料，向上述混合物料中加入絮凝剂使混合物料凝聚形成浆状物；将浆状物通过粗干燥、二次干燥制得母胶。2.根据权利要求1所述的石墨烯微片预分散母胶的制备方法，其特征在于：所述制备混合液时高速搅拌机的搅拌速度为400～800rpm，搅拌时间为20～40min。3.根据权利要求1所述的石墨烯微片预分散母胶的制备方法，其特征在于：所述粗干燥分三阶段，干燥温度区间依次为120～160℃，100～150℃，80～120℃，干燥时间5～30min。4.根据权利要求1-3任一项所述的石墨烯微片预分散母胶的制备方法，其特征在于：所述石墨烯微片分散液的固含量为0.1%～40%。5.根据权利要求4所述的石墨烯微片预分散母胶的制备方法，其特征在于：所述石墨烯微片分散液的制备方法为将石墨烯微片通过高速搅拌机分散于水中，搅拌速度为2000-3000rpm，搅拌时间为2-5h。6.根据权利要求1-3任一项所述的石墨烯微片预分散母胶的制备方法，其特征在于：所述胶乳为固含量为30%～60%的天然胶乳、丁苯胶乳、羧基丁苯胶乳、丁...
【专利技术属性】
技术研发人员：陶磊，曹兰，
申请(专利权)人：青岛蓝湾烯碳材料科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：山东;37
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