连续喷雾混合制备混炼胶的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种碳纳米管混炼胶的连续制备方法及其装置，该方法包括提供雾化的液态进料，所述液态进料包括胶乳和任选的石墨烯浆料；提供粉碎后的固态粉体物料，所述粉体物料包括补强填料和辅助小料；将所述雾化的液态进料与固态粉体物料初步对撞混合形成对撞混合胶料；将所述对撞混合物料进行二次分散混合形成二次混合胶料；对所述二次混合胶料进行烘干，得到碳纳米管混炼胶。本发明专利技术还包括使用该连续制备方法制得的碳纳米管混炼胶和采用所述碳纳米管混炼胶制得的橡胶制品。

Continuous spray mixing method and device for preparing rubber compound

The invention discloses a continuous preparation method and a device for carbon nanotube mixing rubber, which includes providing atomized liquid feed, the liquid feed includes latex and optional graphene slurry, providing crushed solid powder material, the powder material includes reinforcing filler and auxiliary small material, and preliminarily colliding and mixing the atomized liquid feed with solid powder material. A collision mixture is formed; the collision mixture is dispersed and mixed twice to form a secondary mixture; the secondary mixture is dried to obtain a carbon nanotube mixture. The invention also includes a carbon nanotube mix rubber prepared by the continuous preparation method and a rubber product prepared by the carbon nanotube mix rubber.

【技术实现步骤摘要】
连续喷雾混合制备混炼胶的方法及装置
本专利技术涉及碳纳米管混炼胶领域，尤其涉及通过雾化混合简便高效地连续制备碳纳米管混炼胶的装置和方法。
技术介绍
在现代橡胶工业中，大多数橡胶必须经过补强才能具有高机械强度和长期使用寿命等实用价值。橡胶工业长期以来使用的原材料形式都是块状固体，从胶水的收割到离心分离、烘干、保存、运输，整个流程和周期较长，且耗费大量的能源与人力、资金投入。目前最通用的增强橡胶的方法是加入各种粉粒状或其他形状的补强剂，如纳米尺寸的炭黑、白炭黑或其他硬质颗粒，和各种有机/无机短纤维。碳纳米管是一种主要由碳六边形组成的单层或多层纳米级管状材料，具有非常大的长径比，直径通常在1-100nm之间，长度在数微米到数百微米。正是由于其大的长径比，碳纳米管在力学、电学、导电导热性能方面都表现非常优异。由于其优良的物理机械性能和类似炭黑的表面性质，使其在橡胶领域中具有极强的应用价值。碳纳米管作为混炼胶的补强填料正日益成为研究焦点。但是由于碳纳米管的强表面效应等纳米材料特性，导致碳纳米管之间非常容易发生团聚和缠结，采用普通的机械混炼工艺难以在橡胶基体材料中分散均匀，往往造成橡胶制品的力学性能无法明显改善甚至变差，因此限制了其在橡胶工业中的应用。在传统的橡胶工业应用中，补强填料的加入以及分散过程都是通过干法密炼和开炼方式来实现，存在着很多问题，如粉体粉尘飞扬，污染环境，工艺重量容易造成误差，填料的分散过程长，设备的动力能耗高。针对干法混炼存在的很多缺陷，湿法混炼技术受到了越来越高的重视。湿法混炼技术很好地解决了密炼和开炼过程中的物料粉尘飞扬问题；补强填料在与胶乳的湿法环境下更加充分地进行分散混合；最终得到的混炼胶硬度和门尼粘度都要比干法低很多，从而更好地适应现有设备，加工效果好，动力能耗低；技术特征适合于连续化。但湿法混炼需要将经过预先加工的填料制成水分散体，在液态下与橡胶胶乳充分混合，再经凝聚、脱水、干燥等过程生产橡胶混炼胶，其缺点是需要使用大量溶剂如水等，凝固和干燥时间长，生产周期长、效率降低，且在设备放大过程中很难实现混炼胶的均一性。因此，本领域一直希望提供一种能够高效连续化制备高分散碳纳米管混炼胶的方法及装置，该方法既克服了干法混炼使用填料时的粉尘飞扬问题，又能在保证充分分散混合的情况下最大限定地减少水的使用量，所述装置简单易操作，方便工业化连续生产。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种制备具有更好机械性能的高分散碳纳米管混炼胶的连续制备方法，该方法避免了填料使用时的粉尘飞扬问题，通过粉液对撞和高速机械作用实现两次混合分散，有效提高混炼胶性能；在满足充分分散混合情况下最大限度地减少了水的使用量，后期烘干成本低，周期短，极大节约能源，环保高效。本专利技术的又一个目的是提供一种制备具有更好机械性能的高分散碳纳米管混炼胶的装置，该装置简单易操作，方便工业化连续生产。因此，本专利技术的一个方面，提供了一种碳纳米管混炼胶的连续制备方法，包括：1)提供雾化的液态进料，所述液态进料包括胶乳和任选的石墨烯浆料；2)提供粉碎后的固态粉体物料，所述粉体物料包括补强填料和辅助小料，所述补强填料为碳纳米管与选自炭黑、白炭黑、石墨烯、碳纤维中的一种或者多种的混合物，所述辅助小料为防老剂、抗氧化剂、偶联剂、阻燃剂、促进剂、稳定剂、硫化剂中的一种或者多种的混合物；3)将所述雾化的液态进料与固态粉体物料初步对撞混合形成对撞混合胶料；4)将所述对撞混合物料进行二次分散混合形成二次混合胶料；5)对所述二次混合胶料进行烘干，得到碳纳米管混炼胶。在本专利技术一个优选的实施方式中，所述步骤2)还包括将所述粉体物料进行固态雾化的步骤，所述粉体物料的雾化压力为0.1-6MPa，喷出速度为10m/s-200m/s。在本专利技术一个优选的实施方式中，所述胶乳的浓度为20％-60％，优选40％-60％，胶乳雾化压力为0.1-4MPa，喷出速度为20m/s-360m/s，优选25m/s-160m/s，更优选40m/s-60m/s。在本专利技术一个优选的实施方式中，所述粉体物料的粒度范围为5-100μm，优选5-20μm。在本专利技术一个优选的实施方式中，所述二次分散混合步骤通过高速机械剪切进行，剪切速度为500-5000rpm，优选3000-4500rpm。在本专利技术一个优选的实施方式中，所述烘干步骤通过选自下组的方式进行：高压微波烘干、鼓风干燥、流化床热气流烘干和闪蒸式烘干。在本专利技术一个优选的实施方式中，提供了一种碳纳米管混炼胶的连续制备方法，包括：1)提供雾化的液态进料，所述液态进料包括胶乳和石墨烯浆料；2)提供粉碎后的固态粉体物料，所述粉体物料包括补强填料和辅助小料，所述补强填料为碳纳米管与选自炭黑、白炭黑、碳纤维中的一种或者多种的混合物，所述辅助小料为防老剂、抗氧化剂、偶联剂、阻燃剂、促进剂、稳定剂、硫化剂中的一种或者多种的混合物；3)将所述雾化的液态进料与固态粉体物料初步对撞混合形成对撞混合胶料；4)将所述对撞混合物料进行二次分散混合形成二次混合胶料；5)对所述二次混合胶料进行烘干，得到碳纳米管混炼胶。本专利技术的又一个方面提供了根据本专利技术所述的碳纳米管混炼胶的连续制备方法制备得到的碳纳米管混炼胶。本专利技术的又一个方面提供了采用本专利技术所述的碳纳米管混炼胶制备得到的橡胶制品。本专利技术的又一个方面提供了一种连续制备碳纳米管混炼胶的装置，所述装置包括：(a)用于提供雾化液态进料的浆料定量给料器和浆料雾化器；(b)用于提供固态粉体物料的粉体定量给料器和任选的粉体雾化器；(c)粉液对撞混合区；(d)二次分散混合区；以及(e)烘干装置。在本专利技术一个优选的实施方式中，所述装置还包括用于将所述粉体物料进行固态雾化的粉体雾化器。在本专利技术一个优选的实施方式中，所述装置还包括用于排出所述碳纳米管混炼胶的物料出料装置。下面，结合附图对本专利技术进行说明。图1是根据本专利技术一个实施方式的连续制备碳纳米管混炼胶的装置示意图，其中粉体雾化器与浆料雾化喷嘴在对撞混合区上游相对设置；图2是根据本专利技术又一个实施方式的连续制备碳纳米管混炼胶的装置示意图，其中粉体雾化器与浆料雾化喷嘴在对撞混合区上游并列设置；图3是根据本专利技术又一个实施方式的连续制备碳纳米管混炼胶的装置示意图，其中浆料雾化喷嘴设置在对撞混合区中，未设置粉体雾化器；图4是根据本专利技术又一个实施方式的连续制备碳纳米管混炼胶的装置示意图，其中粉体分散器和浆料雾化喷嘴设置在对撞混合区中；图5是根据图3所示实施方式的连续制备碳纳米管混炼胶的装置示意图，其使用螺旋输送器将对撞混合后的物料送入机械混合区。具体实施方式在本专利技术中，术语“橡胶”可以是任何种类的橡胶或弹性体，如天然橡胶或合成橡胶、合成弹性体。所述天然橡胶包括但不限于三叶橡胶、杜仲胶、银菊胶、蒲公英胶等；所述合成橡胶或弹性体，包括但不限于溶液聚合或乳液聚合、本体聚合等方法得到的具有不同聚合度的聚丁二烯橡胶、聚异戊二烯橡胶、丁苯橡胶、乙丙橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、硅橡胶、聚氨酯橡胶、丙烯酸酯橡胶、氟橡胶及其衍生产物。橡胶在溶液中的浓度范围为1-80％，优选20-30％。术语“胶乳”是指橡胶微粒的水分散体系，包括胶乳包括天然胶乳、浓缩天然胶乳、合成胶乳中的一种或多种的混合液。在本专利技术中，术语“混炼”本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纳米管混炼胶的连续制备方法，包括：1)提供雾化的液态进料，所述液态进料包括胶乳和任选的石墨烯浆料；2)提供粉碎后的固态粉体物料，所述粉体物料包括补强填料和辅助小料，所述补强填料为碳纳米管与选自炭黑、白炭黑、石墨烯、碳纤维中的一种或者多种的混合物，所述辅助小料为防老剂、抗氧化剂、偶联剂、阻燃剂、促进剂、稳定剂、硫化剂中的一种或者多种的混合物；3)将所述雾化的液态进料与固态粉体物料初步对撞混合形成对撞混合胶料；4)将所述对撞混合物料进行二次分散混合形成二次混合胶料；5)对所述二次混合胶料进行烘干，得到碳纳米管混炼胶。

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管混炼胶的连续制备方法，包括：1)提供雾化的液态进料，所述液态进料包括胶乳和任选的石墨烯浆料；2)提供粉碎后的固态粉体物料，所述粉体物料包括补强填料和辅助小料，所述补强填料为碳纳米管与选自炭黑、白炭黑、石墨烯、碳纤维中的一种或者多种的混合物，所述辅助小料为防老剂、抗氧化剂、偶联剂、阻燃剂、促进剂、稳定剂、硫化剂中的一种或者多种的混合物；3)将所述雾化的液态进料与固态粉体物料初步对撞混合形成对撞混合胶料；4)将所述对撞混合物料进行二次分散混合形成二次混合胶料；5)对所述二次混合胶料进行烘干，得到碳纳米管混炼胶。2.根据权利要求1所述的碳纳米管混炼胶的连续制备方法，其特征在于，所述步骤2)还包括将所述固态粉体物料进行雾化的步骤，所述粉体物料的雾化压力为0.1-6MPa，喷出速度为10m/s-200m/s，优选50m/s-150m/s。3.根据权利要求1或2所述的碳纳米管混炼胶的连续制备方法，其特征在于，所述胶乳的浓度为20％-60％，优选40％-60％，胶乳雾化压力为0.1-4MPa，喷出速度为20m/s-360m/s，优选25m/s-160m/s，更优选40m/s-60m/s。4.根据权利要求1所述的碳纳米管混炼胶的连续制备方法，其特征在于，所述二次分散混合步骤通过高速机械剪切进行，剪切速度为500-5000rpm，优选3000-4500rpm。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：李岩，耿磊，吕振华，鞠坤，王哲，刘滨，
申请(专利权)人：山东大展纳米材料有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37