[发明专利]一种高石墨烯浓度乳胶的生产方法

说明书

本发明公开了一种高石墨烯浓度乳胶的生产方法，采用对氧化石墨烯表面复合改性的方法降低氧化石墨烯与乳胶的不兼容性，改性剂为酪素、芳香烃胺和水溶性有机多氨，以氨水调整pH在碱性环境下改性，所得浓缩石墨烯浆料也维持碱性与乳胶混合后，达到改性石墨烯在乳胶固含中的重量比例为1～10wt％，改性石墨烯乳胶的机械稳定性超过100秒，实现石墨烯乳胶/橡胶具有多功能性，即高导热、高导电、高强度和抑菌等功能。而通过本发明方法制得的高石墨烯浓度乳胶生产的乳胶海绵，热导率为常见乳胶海绵的一倍以上。并且通过本发明方法可实现连续大规模生产，生成成本低。

技术领域

本发明涉及石墨烯乳胶制备技术领域，尤其涉及一种用于高石墨烯浓度的乳胶海绵的大规模生产方法。

背景技术

橡胶塑料等常见有机物的热导率在0.2W/mK左右，而且是电绝缘材料；发泡材料的热导率在0.02W/mK左右，是绝热材料。与乳胶、塑料和树脂等有机物比较，石墨烯的热导率和电导率为常见有机物的万倍以上，因此通过添加石墨烯可以大幅增加这些材料的电、热性能。而且电导率和热导率的增加与石墨烯在复合材料中的浓度成正相关，石墨烯的浓度越高，这些物性的增加速度越快，且并非简单的线性增加，所以高石墨烯浓度的有机材料的导热和导电性更高。

天然乳胶以聚戊二烯为主成分的乳化分散液，乳胶颗粒的平均粒径在微米范围，少量的蛋白质、有机酸等起到表面活性剂的作用为分散剂，并且在碱性的环境下稳定，天然乳胶稳定性不佳，过滤提纯浓缩后需要通过添加氨水增加保存稳定性。添加的氨水在使用前需要通过脱氨工艺脱氨，脱氨后的乳胶需要添加其它类型的稳定剂增加稳定性，特别是机械稳定性，确保使用过程中的乳胶性能稳定，酪素、明胶、氢氧化钾/钠、月桂酸铵、油醇硫酸钠等作为稳定剂广泛应用在乳胶行业。

石墨烯为中性材料，在水中的分散性差，氧化石墨烯偏酸性，虽然在水中的分散性比较好，但是与在碱性条件下稳定的乳胶并不兼容，混合后可能出现凝胶现象，特别是高浓度添加后乳胶的稳定性下降，在石墨烯与乳胶混合过程中发生凝胶或在高速搅拌发泡工艺中发生凝胶现象。经分析研究，这与石墨烯的高长径比和如刀片一样的锋利有关，在搅拌过程中，锋利的石墨烯切割乳胶的颗粒，产生新的乳胶界面。新的界面为亲油性，与水性石墨烯不兼容，破坏了乳胶的稳定性，亲油性的乳胶发生了聚合。

乳胶中添加石墨烯也是制备石墨烯橡胶的一种常规工艺，与密炼和开炼等混合石墨烯添加工艺比较剪切的应力适中，石墨烯的撕裂破坏较轻。但石墨烯的高浓度添加可能改变乳胶或橡胶力学性能，石墨烯的表面在硫化过程中有可以与乳胶/橡胶反应的官能团，则可以增加石墨烯乳胶的力学强度。

因此，需要研究能够提高乳胶中石墨烯浓度的生产工艺。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的缺点，提供一种工艺方法更简单、以天然浓缩乳胶和氧化石墨烯为原料，通过表面改性氧化石墨烯与乳胶的混合兼容性、石墨烯乳胶的机械稳定性和橡胶分子与石墨烯的化学结合，实现石墨烯乳胶/橡胶具有多功能性，即高导热、高导电、高强度和抑菌等功能的高石墨烯浓度乳胶的生产方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种高石墨烯浓度乳胶的生产方法，其特征在于包括以下步骤：

a)以氧化石墨烯为原材料，其氧含量为5～30％；

b)将氧化石墨烯采用高剪切或超声等工艺分散在去离子水中，制备水性浆料，浆料中氧化石墨烯的浓度为0.1～10wt％；

c)将氧化石墨烯浆料与酪素、芳香烃胺、水溶性有机多氨、氨水按比例顺序在加热反应釜内搅拌混合，各组分的重量比为，水：氧化石墨烯：酪素：芳香烃胺：水溶性有机多氨：浓度20％的氨水为100：0.1～11：0.01～1：0.01～1：0.01～1：0.01～0.05；

d)首先加入芳香烃胺，持续搅拌，将釜内的温度升至70～95℃，维持3～5小时，再按比例加入酪素、水溶性有机多氨、浓度20％的氨水，持续反应3～10小时，得到改性石墨烯浆料；