一种石墨烯‑DOTG复合预分散母胶粒及其制备方法与流程

文档序号:11245387

本发明涉及橡胶助剂预分散造粒技术领域,具体是一种石墨烯-DOTG复合预分散母胶粒及其制备方法。



背景技术:

石墨烯是一种碳原子在二维平面内紧密堆积形成二维蜂窝晶格的新型碳材料。目前石墨烯是世界上最薄但却最坚硬的纳米材料,其几乎完全透明,仅吸收2.3 %的光;其导热系数达5300 W/m·K,远高于金刚石和碳纳米管;常温下,其电子迁移率达15000 cm2/V·s,远高于碳纳米管和硅晶体;其电阻率约为10-6 Ω·cm,导电性优异,与某些金属相当;其具有高的比表面积,极限值可达2630 m2/g。由于石墨烯表现出的独特特性,其在橡胶、纳米器件、复合材料、传感器、锂电池、储氢材料等领域有着巨大的应用前景。

然而,石墨烯应用于橡胶中还存在较多问题。石墨烯厚度小,比表面积大,通常以多层形态存在,不光在日常贮存过程中易团聚,而且在橡胶混炼过程中团聚严重,导致其在橡胶中不能均匀分散,对橡胶品质造成不利影响。石墨烯的分散与石墨烯表面化学、石墨烯与橡胶界面关系以及复合材料的制备方法关系密切。石墨烯在橡胶矩阵中由于片与片之间的范德华力,具有较高的团聚趋势,因此石墨烯在橡胶中的均匀分散是一个技术难题。另外,石墨烯的密度小,包装和运输不便,在使用中存在分散性差的问题。

二邻甲苯胍(即DOTG)是一种橡胶硫化促进剂,可延缓橡胶硫化开始时间和硫化速度。DOTG与硫醇类、次磺酰胺类、秋兰姆类或二硫代氨基甲酸盐类促进剂并用时产生协同效应和二次促进效应,使硫化胶的交联密度和硫化速度提高且力学性能和抗老化性能改善。DOTG是一种白色或灰白色粉末,密度1.20 g/cm3,初熔点167 ℃,溶于氯仿、丙酮、乙醇,微溶于苯,不溶于汽油和水。作为一种粉体助剂,DOTG若直接应用于橡胶胶料中,存在包装和运输不便以及粉尘污染、分散不均匀的问题。

因此,针对石墨烯和DOTG的分散性等问题,本发明提出一种石墨烯-DOTG复合预分散母胶粒及其制备方法。



技术实现要素:

本发明所要解决的技术问题是:针对现有技术的不足,提供一种石墨烯-DOTG复合预分散母胶粒及其制备方法,该预分散母胶粒含有石墨烯和DOTG这两种活性成分,能够有效解决硫化橡胶制品中石墨烯和DOTG的分散性问题,提高橡胶胶料的硫化性能和力学性能。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种石墨烯-DOTG复合预分散母胶粒,其重量百分比组成为:石墨烯45~55%,二邻甲苯胍20~35%,γ-巯丙基三甲氧基硅烷2~7%,丙烯酸酯橡胶6~13%,顺-聚异戊二烯2~5%,EVA树脂1~2%,多元醇酯1~2%,氧化锌1~3%,环烷油7~11%,以上组成的重量百分比之和为100%。

作为优选,一种石墨烯-DOTG复合预分散母胶粒,其重量百分比组成为:石墨烯50%,二邻甲苯胍25%,γ-巯丙基三甲氧基硅烷4%,丙烯酸酯橡胶7%,顺-聚异戊二烯3%,EVA树脂1%,多元醇酯1%,氧化锌2%,环烷油7%。

上述石墨烯-DOTG复合预分散母胶粒的制备方法包括以下步骤:

(1)按照配比准确称取制备母胶粒所需各原料;

(2)将EVA树脂均为分两份;之后将丙烯酸酯橡胶放入密炼机内,混炼2~4分钟;然后向密炼机内加入1/2的EVA树脂,混炼3~5分钟;再向密炼机内加入1/2的EVA树脂和顺-聚异戊二烯,混炼至密炼机内的温度升至80~85 ℃,排胶,得到基体胶料,将基体胶料在开炼机上常温薄通三次导胶下片,得到基体橡胶,停放待用;

(3)将石墨烯和步骤(2)中得到的基体橡胶分别均分为三份;将密炼机加热到80~85 ℃,在密炼机中首先投入1/3的基体橡胶和1/3的石墨烯,以100 r/min的搅拌速度搅拌1~3分钟,再投入1/3的石墨烯和γ-巯丙基三甲氧基硅烷,以100 r/min的搅拌速度搅拌1~3分钟,然后投入1/3的基体橡胶、1/3的石墨烯和饱和氧化锌,以120 r/min的搅拌速度搅拌2~3分钟,最后投入1/3的基体橡胶、二邻甲苯胍、多元醇酯和环烷油,以100 r/min的搅拌速度搅拌2~6分钟,使各原料混合均匀,在80~85 ℃温度下出料,得到胶料;

(4)控制主机给定转速为100 r/min,将步骤(3)中得到的胶料喂料至挤出机,经100目的滤网过滤后挤出切粒,最终得到石墨烯-DOTG复合预分散母胶粒。

与现有技术相比,本发明的优点在于:

1、本发明预分散母胶粒中含有石墨烯和二邻甲苯胍(即DOTG)这两种活性成分,具有协同促进作用,后续用于生产硫化橡胶时,可促进橡胶的硫化,提高橡胶的强度、硬度、断裂伸长率、耐磨性能和老化性能;

2、γ-巯丙基三甲氧基硅烷起到分散剂的作用,减少石墨烯和DOTG在基体橡胶中的团聚、结块现象,提高石墨烯和DOTG在母胶粒中的分散性,使石墨烯和DOTG在后续硫化橡胶制品中得到均匀分散,保证硫化橡胶制品的品质;

3、EVA树脂、多元醇酯和环烷油起到进一步改善活性成分的分散性作用,同时可提高胶料的流动性和润滑性,使制得的母胶粒表面平滑,尺寸可控性好,便于提高配料精度;氧化锌可改善后续橡胶制品的力学性能;

4、本发明预分散母胶粒便于保存、运输和称量,可有效提高石墨烯和DOTG在硫化橡胶中的利用率,降低成本,并解决粉尘污染问题;

5、本发明制备方法可操作性强,适合规模化工业生产;制得的石墨烯-DOTG复合预分散母胶粒具有较低的门尼粘度,可保留石墨烯和DOTG的原有活性,使墨烯和DOTG在母胶粒中得到均匀分散。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例一的石墨烯-DOTG复合预分散母胶粒,其重量百分比组成为:石墨烯50%,二邻甲苯胍25%,γ-巯丙基三甲氧基硅烷4%,丙烯酸酯橡胶7%,顺-聚异戊二烯3%,EVA树脂1%,多元醇酯1%,氧化锌2%,环烷油7%。

实施例二的石墨烯-DOTG复合预分散母胶粒,其重量百分比组成为:石墨烯45%,二邻甲苯胍25%,γ-巯丙基三甲氧基硅烷5%,丙烯酸酯橡胶6%,顺-聚异戊二烯4%,EVA树脂1%,多元醇酯1%,氧化锌2%,环烷油11%。

实施例三的石墨烯-DOTG复合预分散母胶粒,其重量百分比组成为:石墨烯52%,二邻甲苯胍20%,γ-巯丙基三甲氧基硅烷7%,丙烯酸酯橡胶7%,顺-聚异戊二烯2%,EVA树脂2%,多元醇酯1%,氧化锌1%,环烷油8%。

上述实施例所列石墨烯-DOTG复合预分散母胶粒的制备方法包括以下步骤:

(1)按照配比准确称取制备母胶粒所需各原料;

(2)将EVA树脂均为分两份;之后将丙烯酸酯橡胶放入密炼机内,混炼3分钟;然后向密炼机内加入1/2的EVA树脂,混炼4分钟;再向密炼机内加入1/2的EVA树脂和顺-聚异戊二烯,混炼至密炼机内的温度升至80 ℃,排胶,得到基体胶料,将基体胶料在开炼机上常温薄通三次导胶下片,得到基体橡胶,停放待用;

(3)将石墨烯和步骤(2)中得到的基体橡胶分别均分为三份;将密炼机加热到80 ℃,在密炼机中首先投入1/3的基体橡胶和1/3的石墨烯,以100 r/min的搅拌速度搅拌2分钟,再投入1/3的石墨烯和γ-巯丙基三甲氧基硅烷,以100 r/min的搅拌速度搅拌2分钟,然后投入1/3的基体橡胶、1/3的石墨烯和饱和氧化锌,以120 r/min的搅拌速度搅拌2分钟,最后投入1/3的基体橡胶、二邻甲苯胍、多元醇酯和环烷油,以100 r/min的搅拌速度搅拌4分钟,使各原料混合均匀,在85 ℃温度下出料,得到胶料;

(4)控制主机给定转速为100 r/min,将步骤(3)中得到的胶料喂料至挤出机,经100目的滤网过滤后挤出切粒,最终得到石墨烯-DOTG复合预分散母胶粒。

经检测,实施例一、实施例二和实施例三的石墨烯-DOTG复合预分散母胶粒50℃的门尼粘度ML(1+4)分别为51.6、50.9和51.1。

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