三辊研磨装置及制备接枝炭黑的方法与流程

本发明涉及三辊研磨机以及高分子材料表面改性领域，尤其涉及一种三辊研磨装置及制备接枝炭黑的方法。

背景技术：

1、炭黑可用于导电复合材料、气敏材料、涂料和油墨等的制备。但炭黑很容易团聚难以分散在溶剂或聚合物中。因此，通常需要在炭黑表面接枝聚合物以提高它在溶剂或聚合物基中的分散性。

2、目前，将聚合物接枝到炭黑表面的方法通常有“grafting onto”和”graftingfrom”两类。“grafting onto”方法主要包括两个方面:一方面，炭黑表面的官能团(比如羧基、羟基和环氧基)可以与含端羟基、端羧基和端胺基的聚合物发生反应，但这种方法通常使用范围窄，接枝率较低：另一方面，炭黑表面对自由基有捕获作用，可以使“活”的聚合物自由基终止在其表面，从而达到炭黑表面接枝聚合物的目的，但这种方法通常也只能够取得较低的接枝率。事实上，炭黑在溶剂或聚合物中的分散程度以及稳定性都和其表面接枝的聚合物含量有关，在一定范围内聚合物的含量越高，为炭黑提供的稳定作用就越大，就越有利它在溶剂或聚合物中的分散及稳定。而“grafting from”方法通常能够取得较高的聚合物接枝密度。在炭黑表面引入各种基团(比如-ch2oh、-oli、-coom+、过氧基和偶氮基等)，这些基团在合适的条件下能引发单体在炭黑表面进行自由基聚合、开环聚合、阴离子聚合或者阳离子聚合。

3、目前当温度低于物质的熔点时，物质呈固态，此时组成物质的分子(原子)间距小，并在各自的平衡位置做无规律振动，分子间主要起作用的是化学键；随着温度升高到超过物质的熔点后，物质呈液态，分子(原子)热运动的动能增加，分子间主要起作用的是范德华力；当温度继续升高，分子的动能增大到可以克服范德华力时，物质由液态变成气态，分子可以自由运动，仅当分子发生碰撞时，分子间的相互作用力才明显，这种作用力是短程力；随着温度的继续升高，当电子获得了足够的能量可以脱离原子核外的轨道后，物质呈等离子态，此时物质的组成包括电子、正离子、负离子、自由基、原子、分子，带电粒子之间受到库仑力的作用，这种作用力是长程力。整个等离子体宏观上呈电中性，并表现出显著的集体行为：当带电粒子运动时能引起电子或者离子的局部集中，产生电场；电子定向运动形成电流，产生磁场；电场和磁场影响着其他带电粒子的运动，产生强烈的热传导和热辐射等。

4、而三辊研磨机能够处理高达数百万cps粘度的浆料类产品，分散效果极佳，可将较宽分布的物料处理为窄而尖的分布。其工作原理是通过水平的三根辊筒的表面相互挤压及不同速度的摩擦而达到研磨效果。那么如何结合三辊研磨机来实现增强炭黑物料表面活性、提高炭黑接枝率，是目前可以研究的方向。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明提供一种三辊研磨装置及制备接枝炭黑的方法。

2、为达上述目的，本发明提供一种三辊研磨装置，所述三辊研磨装置包括：机架，所述机架的上部设置有研磨槽，所述研磨槽内依次相邻且相互平行地设置有第一研磨辊、第二研磨辊以及第三研磨辊，所述第一研磨辊与所述第二研磨辊之间的两端安装有投料挡板，所述研磨槽的靠近所述第三研磨辊的一端设置有出料口，所述机架内设有驱动机构，所述驱动机构与所述第一研磨辊、所述第二研磨辊以及所述第三研磨辊连接；以及等离子体处理模块，用以于所述研磨槽中产生等离子体放电区，所述等离子体处理模块包括：相对设置的第一电极以及第二电极，所述第一电极与所述第二电极均设置于所述研磨槽中；以及高频高压电源，于所述第一电极与所述第二电极之间形成高压电场，进而形成等离子体放电区。

3、作为可选的技术方案，所述第一电极相对所述第二研磨辊设置于所述第二研磨辊的上方，所述第二电极为所述第二研磨辊，所述第二研磨辊的至少外周部由金属构成；或者，所述第一电极相对所述第三研磨辊设置于所述第三研磨辊的上方，所述第二电极为所述第三研磨辊，所述第三研磨辊的至少外周部由金属构成。

4、作为可选的技术方案，所述机架上还设置有安装座，所述第一电极的两端安装于所述安装座上。

5、作为可选的技术方案，所述安装座上还设置有调节结构，所述调节结构用以调整所述安装座相对或相背所述机架移动，进而调整所述第一电极与所述第二电极之间的第一间隙。

6、作为可选的技术方案，所述第一电极为所述第一研磨辊与所述第二研磨辊的其中之一，所述第二电极为所述第一研磨辊与所述第二研磨辊的其中之另一，所述第一研磨辊以及所述第二研磨辊的至少外周部由金属构成；或者，所述第一电极为所述第二研磨辊与所述第三研磨辊的其中之一，所述第二电极为所述第二研磨辊与所述第三研磨辊的其中之另一，所述第二研磨辊以及所述第三研磨辊的至少外周部由金属构成。

7、作为可选的技术方案，所述第一研磨辊与所述第二研磨辊之间具有第二间隙，所述第二研磨辊与所述第三研磨辊之间具有第三间隙；其中，所述第二间隙以及所述第三间隙均为0.3～1.5cm。

8、作为可选的技术方案，所述第一电极连接高频高压电源的高压电极，所述第二电极接地。

9、作为可选的技术方案，所述第一研磨辊、所述第二研磨辊以及所述第三研磨辊的转速比值为1：2：4。

10、本发明还提供一种采用如上所述的三辊研磨装置制备接枝炭黑的方法，所述方法以下步骤：

11、s1，准备原料：炭黑15～25％，接枝聚合物3～7％，引发剂0.5～2％以及去离子水70～80％；

12、s2，按照原料配比配制混合物，将所述混合物放在反应釜中研磨2～4小时，得到半成品；

13、s3，利用所述三辊研磨装置对所述半成品进行浆料混合分散的同时进行等离子体处理，得到接枝炭黑成品。

14、作为可选的技术方案，所述接枝聚合物选自甲基丙烯酸、甲基丙烯酸2-羟乙基、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸中至少其中之一。

15、作为可选的技术方案，步骤s3中，所述三辊研磨装置的操作时间为10-15min，三辊铣削辊速为250-300rpm。

16、与现有技术相比，本发明通过将三辊研磨与等离子体处理相结合，使得三辊研磨装置一方面对进行物料(炭黑浆料)分散，利用相邻研磨辊之间不同方向的剪切力作用，对炭黑进行剥离，使其形成更多的片状结构形态；另一方面，利用等离子体表面改性和接枝的原理，使得物料充分均匀受到等离子照射，促进炭黑在表面引入极性基团或接枝小分子，让物料达到充分活化。而且，通过在炭黑表面接枝乙烯基，同时能够改变炭黑的分散性。

技术特征：

1.一种三辊研磨装置，其特征在于，所述三辊研磨装置包括：

2.如权利要求1所述的三辊研磨装置，其特征在于，所述第一电极相对所述第二研磨辊设置于所述第二研磨辊的上方，所述第二电极为所述第二研磨辊，所述第二研磨辊的至少外周部由金属构成；或者，所述第一电极相对所述第三研磨辊设置于所述第三研磨辊的上方，所述第二电极为所述第三研磨辊，所述第三研磨辊的至少外周部由金属构成。

3.如权利要求2所述的三辊研磨装置，其特征在于，所述机架上还设置有安装座，所述第一电极的两端安装于所述安装座上。

4.如权利要求3所述的三辊研磨装置，其特征在于，所述安装座上还设置有调节结构，所述调节结构用以调整所述安装座相对或相背所述机架移动，进而调整所述第一电极与所述第二电极之间的第一间隙。

5.如权利要求1所述的三辊研磨装置，其特征在于，所述第一电极为所述第一研磨辊与所述第二研磨辊的其中之一，所述第二电极为所述第一研磨辊与所述第二研磨辊的其中之另一，所述第一研磨辊以及所述第二研磨辊的至少外周部由金属构成；或者，所述第一电极为所述第二研磨辊与所述第三研磨辊的其中之一，所述第二电极为所述第二研磨辊与所述第三研磨辊的其中之另一，所述第二研磨辊以及所述第三研磨辊的至少外周部由金属构成。

6.如权利要求1所述的三辊研磨装置，其特征在于，所述第一研磨辊与所述第二研磨辊之间具有第二间隙，所述第二研磨辊与所述第三研磨辊之间具有第三间隙；其中，所述第二间隙以及所述第三间隙均为0.3～1.5cm。

7.如权利要求1所述的三辊研磨装置，其特征在于，所述第一电极连接高频高压电源的高压电极，所述第二电极接地。

8.如权利要求1所述的三辊研磨装置，其特征在于，所述第一研磨辊、所述第二研磨辊以及所述第三研磨辊的转速比值为1：2：4。

9.一种采用如权利要求1-8中任意一项所述的三辊研磨装置制备接枝炭黑的方法，其特征在于，所述方法以下步骤：

10.如权利要求9所述的制备接枝炭黑的方法，其特征在于，所述接枝聚合物选自甲基丙烯酸、甲基丙烯酸2-羟乙基、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸中至少其中之一。

11.如权利要求9所述的制备接枝炭黑的方法，其特征在于，步骤s3中，所述三辊研磨装置的操作时间为10-15min，三辊铣削辊速为250-300rpm。

技术总结
本发明提供一种三辊研磨装置及制备接枝炭黑的方法，三辊研磨装置包括机架，所述机架的上部设置有研磨槽，所述研磨槽内依次相邻且相互平行地设置有第一研磨辊、第二研磨辊以及第三研磨辊；以及等离子体处理模块，用以于所述研磨槽中产生等离子体放电区，包括：相对设置的第一电极以及第二电极，所述第一电极与所述第二电极均设置于所述研磨槽中；以及高频高压电源，于所述第一电极与所述第二电极之间形成高压电场，进而形成等离子体放电区。本发明可以在进行物料分散的同时，进行等离子体表面改性和接枝，增强物料表面活性。

技术研发人员：顾潇飞,王伟飒,郑世容
受保护的技术使用者：苏州银古电子科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11