一种用于床垫的高导热石墨烯乳胶海绵的连续生产方法技术

本发明专利技术涉及乳胶海绵制备领域，公开了一种用于床垫的高导热石墨烯乳胶海绵的连续生产方法，包括：a）将可膨胀石墨加热膨胀得到石墨蠕虫；b）将石墨蠕虫与双氧水反应；c)对石墨蠕虫表面改性；d)将石墨蠕虫与氨水稳定乳胶水溶液混合得到石墨乳胶浆料；然后加入其他原料，得到石墨乳胶反应性浆料；e)高剪切循环剥离均质处理，得到石墨烯乳胶反应活性浆料；f）将海绵浸渍于石墨烯乳胶浆料中；g）硫化。本发明专利技术方法制得的海绵，弹性和舒适度优异，海绵的粘弹性曲线更加适合人体工学需求，冬天可以作为电加热的发热体，实现高温杀死螨虫，夏天热导率高可以增加人体散热。此外，本发明专利技术方法可实现连续大规模生产，成本低。

Continuous production of graphene latex sponge with high thermal conductivity for mattress

The invention relates to the field of latex sponge preparation, and discloses a continuous production method of graphene latex sponge with high thermal conductivity for mattresses, including: a) heating and expanding expansible graphite to obtain graphite worms; b) reacting graphite worms with hydrogen peroxide; c) surface modification of graphite worms; d) mixing graphite worms with ammonia stabilized latex aqueous solution to obtain graphite latex slurry; Graphite latex reactive slurry was obtained by adding other raw materials; e) high shear cyclic peeling homogenization treatment, graphene latex reactive active slurry was obtained; f) sponge was impregnated in graphene latex slurry; g) vulcanization. The sponge prepared by the method has excellent elasticity and comfort, and the viscoelastic curve of the sponge is more suitable for ergonomic needs. In winter, the sponge can be used as an electrically heated heater to kill mites at high temperature, and in summer, high thermal conductivity can increase human heat dissipation. In addition, the method of the invention can realize continuous large-scale production with low cost.

【技术实现步骤摘要】
一种用于床垫的高导热石墨烯乳胶海绵的连续生产方法
本专利技术涉及乳胶海绵制备领域，尤其涉及一种用于床垫的高导热石墨烯乳胶海绵的连续生产方法。
技术介绍
为了满足床垫的舒适感、接触肌肤的主要材料为海绵、乳胶泡沫和布料，这些材料的热导率都非常的低，不超过0.1W/mK，海绵和乳胶泡沫的热导率更只有0.03W/mK左右。空气在开孔海绵和乳胶泡沫内对流占据这类材料的热导率效应的80％左右，在体重的压迫下，泡沫内孔径变小，热导率甚至还会变小，所以泡沫类是极好的保温材料，在各种工业、建筑和家居产品得到最广泛的应用。但也正由于这个原因，在炎热的夏天现有的床垫材料体系无法提供一个舒适的体感温度，基本上感觉非常的热。霉菌在潮湿温热的环境很容易繁衍，产生异味、有毒材料、变色和使材料失效，螨虫是寄生在床垫上的微小动物，其排泄物会使很多人产生过敏反应，去除或杀死螨虫的最佳方法为加热，螨虫在50℃的环境下的存活时间大约只有30分钟。但是把整个床垫放入烘箱是不现实的，通过电加热可以使床垫靠近肌肤滋生螨虫的一侧超过50℃就可以随时杀死螨虫。石墨烯自身具有强烈的灭菌效果，可以用于医药外创伤的保护性包扎。所以即便没有其它杀菌化学物质的添加，石墨烯材料自身具有良好的“三防效应”。如表1所示，本专利技术团队在前期研究中得出以下结论，石墨烯的力学强度、模量、电导率和热导率是橡胶类产品的1万倍以上，所以石墨烯与橡胶类材料复合可以显著增加其各类性能指标，即便少量的高质量石墨烯的添加对橡胶的热导率和电导率的提升效果也明显，实验结果已经证实在橡胶里添加少量石墨烯即可使其表面方阻急剧降低和热导率的增加。表1：石墨烯与橡胶物理和力学性能比较高度氧化的石墨烯，即氧化石墨烯并不具备石墨烯的本征性能，目前所谓的石墨烯多数从氧化石墨烯还原所得、即还原氧化石墨烯，其性能远低于石墨烯的本征性能，很难最大限度地发挥石墨烯本征性能优势，且氧化石墨烯在还原时容易重新堆积成为石墨结构造成石墨烯特性的丢失。氧化石墨烯是通过石墨的过氧化分解制得，虽然原材料的鳞片石墨价格低廉，但是其使用超过其20倍重量的酸和氧化剂制得的氧化石墨烯价格在每公斤50美元以上，由于大量使用酸，酸废液的处理也占用了很高成本，处理不当成为公害。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了用于床垫的高导热石墨烯乳胶海绵的连续生产方法，本专利技术将多层石墨烯与聚氨酯进行复合，制得具有高比表面积、高导热、抗菌特性的复合海绵，将该海绵用于制备床垫，其弹性和舒适度优异，利用石墨烯本征性的功能，冬天可作为电加热的发热体，实现50℃以上的高温杀死螨虫，夏天导热率高可以有效降低体温。此外，本专利技术方法可实现连续大规模生产，成本低。本专利技术的具体技术方案为：一种用于床垫的高导热石墨烯乳胶海绵的连续生产方法，包括以下步骤：a)以膨胀倍数大于400倍的可膨胀石墨为原材料，微波加热至600-1800℃膨胀后得到石墨蠕虫。b)将石墨蠕虫与浓度为20-50wt％的双氧水按重量比1∶0.01-0.3以喷雾方式混合在常温下反应，然后升温使多余的未反应双氧水分解。c)将石墨蠕虫与浓度为2-5wt％的3-(苯基氨基)丙基三甲氧基硅烷乙醇水溶液按重量比1∶0.05-10以喷雾方式混合，在室温下反应，然后加热至60-100℃进行表面改性。d)将表面改性后的石墨蠕虫与浓度为40-60wt％的氨水稳定乳胶水溶液按重量比为1-35∶100：缓慢混合，在混合过程中逐渐提高分散速度，分散速度大于100rpm，分散时间为10min-5h，得到均匀的石墨乳胶浆料；然后加入硫磺、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺、氧化锌和2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚，持续分散得到均匀的石墨乳胶反应性浆料。e)对石墨乳胶反应性浆料在30-50℃下进行剪切速度≥10000/s的高剪切循环剥离均质处理，得到粘稠的石墨烯乳胶反应活性浆料，其含有的石墨烯的平均粒径小于20μm。f)将所述石墨烯乳胶反应活性浆料用去离子水稀释，得到石墨烯乳胶浆料，将床垫用海绵浸渍于石墨烯乳胶浆料中，然后用双棍机挤出多余浆料。g)将浸渍后的海绵在30-60℃下低温干燥4-24h，除去水分，然后移至90-140℃的高温环境中硫化20-120min，制得成品。在本专利技术中，由以下几个技术要点：1、步骤a)中，本专利技术以高膨胀倍数的可膨胀石墨为原材料制备石墨蠕虫，所得石墨蠕虫产品比表面积超过30平方米/克，石墨蠕虫蜂窝结构的壁厚少过90层碳原子，更理想的石墨蠕虫比表面积可超过60平方米/克，石墨蠕虫蜂窝结构的壁厚少过50层碳原子，厚度不到20纳米。天然石墨的厚度为微米级其比表面积一般远远少于10平方米/克，剥离至纳米级的石墨烯需更多的能量，所以可膨胀石墨是更佳的原材料。为了得到高含碳量的石墨蠕虫，本专利技术发现在高温以及在微波氮气环境下进行膨胀更加理想，膨胀温度更好超过1200℃甚至超过1600℃。杂质在高温处理的过程中挥发和氮气一起排出，不仅使得石墨蠕虫的碳含量可以得到更好的提升，同时产生的纳米孔也是溶剂扩散浸入的开口，也可以使用氦气和其它惰性气体作为载气，有氧的空气等不适合作为载气因为在450℃以上氧可以与石墨蠕虫反应成为一氧和二氧化碳。本专利技术所得石墨蠕虫碳含量可达98％以上。2、步骤b)中，本专利技术选用双氧水对石墨蠕虫进行氧化，具有以下优点：仅对表面有缺陷的石墨烯结构进行氧化，不会过氧化，产生的臭氧也可以进入蠕虫微纳米孔径对内表面氧化，氧化反应均匀，氧化反应后的副产物为水，可直接作为后续溶剂，没有额外产物，简化后续处理，非常环保，反应残余双氧水可以通过加热分解，对后续反应没有不利影响。氧化反应后的蠕虫表面亲水，可以被水润湿，不使用表面活性剂即可在水性溶剂中反应和分散。石墨蠕虫为多层片状结构，如上文所述，本专利技术用双氧水改性后，只在表面有缺陷的石墨烯结构进行氧化，与现有技术中在剥离制得石墨烯后再进行改性的方式相比，不会过氧化，对石墨烯结构的影响较小，更加能够保持石墨烯的本征性，原因在于剥离制得石墨烯后，片层间距进一步增加，容易使得中间层的平面也大量发生氧化，容易导致石墨烯的本征性丧失。3、步骤c)中，本专利技术选用与3-(苯基氨基)丙基三甲氧基硅烷乙醇水溶液对石墨蠕虫进行进一步表面改性，优点在于：甲氧基硅烷与石墨烯氧官能团反应，苯基氨基极性较高与石墨烯的极性相近，在降低石墨烯表面极性的同时，氨基活性官能团可以与乳胶兼容，不会产生乳胶破乳现象。进一步地，本专利技术还采用两步阶段性反应，第二步通过继续加热将残余官能团聚合，使多余官能团失活，确保与乳胶混合时不会产生太多化学键，降低乳胶的弹性。最后，本专利技术采用喷雾的方式添加原料，好处在于：喷雾混合有利于增大改性剂与石墨蠕虫的有效接触面积，使得氧化过程更为充分、高效。4、步骤d)中，本专利技术将石墨蠕虫与氨水稳定乳胶溶液缓慢混合分散，然后再添加其他反应试剂制得石墨乳胶反应性浆料，在步骤e)中，再进行高速剪切剥离，使石墨蠕虫转化为石墨烯，最后在步骤g)中进行硫化反应。上述顺序的优点在于，乳胶以及其他反应原料参与了石墨蠕虫剥离后转化为石墨烯的过程，在该剥离过程中，石墨片层间距加大，此时乳胶以及其他反应原料能够顺势渗透进入片层之间并后续在原位进行反应生成产物，不仅能够防止石墨烯片层不会在后期重新本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于床垫的高导热石墨烯乳胶海绵的连续生产方法，其特征在于包括以下步骤：a）以膨胀倍数大于400倍的可膨胀石墨为原材料，微波加热至600‑1800℃膨胀后得到石墨蠕虫；b）将石墨蠕虫与浓度为20‑50wt%的双氧水按重量比1:0.01‑0.3以喷雾方式混合在常温下反应，然后升温使多余的未反应双氧水分解；c) 将石墨蠕虫与浓度为2‑5wt%的3‑（苯基氨基）丙基三甲氧基硅烷乙醇水溶液按重量比1:0.05‑10以喷雾方式混合，在室温下反应，然后加热至60‑100℃进行表面改性；d) 将表面改性后的石墨蠕虫与浓度为40‑60wt%的氨水稳定乳胶水溶液按重量比为1‑35:100:缓慢混合，在混合过程中逐渐提高分散速度，分散速度大于100rpm，分散时间为10min‑5h，得到均匀的石墨乳胶浆料；然后加入硫磺、N‑环己基‑2‑苯并噻唑次磺酰胺、氧化锌和2，6‑二叔丁基‑4‑甲基苯酚，持续分散得到均匀的石墨乳胶反应性浆料；e) 对石墨乳胶反应性浆料在30‑50℃下进行剪切速度≥10000/s的高剪切循环剥离均质处理，得到粘稠的石墨烯乳胶反应活性浆料，其含有的石墨烯的平均粒径小于20μm；f）将所述石墨烯乳胶反应活性浆料用去离子水稀释，得到石墨烯乳胶浆料，将床垫用海绵浸渍于石墨烯乳胶浆料中，然后用双棍机挤出多余浆料；g）将浸渍后的海绵在30‑60℃下低温干燥4‑24h，除去水分，然后移至90‑140℃的高温环境中硫化20‑120min，制得成品。...

【技术特征摘要】
1.一种用于床垫的高导热石墨烯乳胶海绵的连续生产方法，其特征在于包括以下步骤：a）以膨胀倍数大于400倍的可膨胀石墨为原材料，微波加热至600-1800℃膨胀后得到石墨蠕虫；b）将石墨蠕虫与浓度为20-50wt%的双氧水按重量比1:0.01-0.3以喷雾方式混合在常温下反应，然后升温使多余的未反应双氧水分解；c)将石墨蠕虫与浓度为2-5wt%的3-（苯基氨基）丙基三甲氧基硅烷乙醇水溶液按重量比1:0.05-10以喷雾方式混合，在室温下反应，然后加热至60-100℃进行表面改性；d)将表面改性后的石墨蠕虫与浓度为40-60wt%的氨水稳定乳胶水溶液按重量比为1-35:100:缓慢混合，在混合过程中逐渐提高分散速度，分散速度大于100rpm，分散时间为10min-5h，得到均匀的石墨乳胶浆料；然后加入硫磺、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺、氧化锌和2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚，持续分散得到均匀的石墨乳胶反应性浆料；e)对石墨乳胶反应性浆料在30-50℃下进行剪切速度≥10000/s的高剪切循环剥离均质处理，得到粘稠的石墨烯乳胶反应活性浆料，其含有的石墨烯的平均粒径小于20μm；f）将所述石墨烯乳胶反应活性浆料用去离子水稀释，得到石墨烯乳胶浆料，将床垫用海绵浸渍于石墨烯乳胶浆料中，然后用双棍机挤出多余浆料；g）将浸渍后的海绵在30-60℃下低温干燥4-24h，除去水分，然后移至90-140℃的高温环境中硫化20-120min，制得成品。2.如权利要求1所述的用于床垫的高导热石墨烯乳胶海绵的连续生产方法，其特征在于，步骤a）中，所述可膨胀石墨的膨胀倍数大于600倍，加热膨胀温度900-1800℃，所得石墨蠕虫的比表面积大于60m2/g。3.如权利要求1所述的用于床垫的高导热石墨烯乳胶海绵的连续生产方法，其特征在于，步骤b）中，常温反应时间为10-120min，升温至80-100℃后维持10-90min。4.如权利要求1所述的用于床垫的高导热石墨烯乳胶海绵的连续生产方法，其特征在于，步骤c）中，所述石墨蠕虫与3-（苯基氨基）丙基三甲氧基硅烷乙醇水溶液按重量比1:0.5-1.5，所述3-（苯基氨基）丙基三甲氧基硅烷乙醇水溶液中乙醇与水的重量比为15-25:75-85；室温反应时间为10...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓超然，张亚妮，
申请(专利权)人：苏州鼎烯聚材纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32