[发明专利]一种石墨烯橡胶浓缩料及石墨烯橡胶的生产方法

权利要求书

1.一种石墨烯橡胶浓缩料的生产方法，其特征在于包括以下步骤：

a）以膨胀倍数大于600倍的可膨胀石墨为原材料，在低惰性载气流量或无载气条件下加热至900~1800℃膨胀后得到比表面积大于60m²/g的石墨蠕虫；

b）将石墨蠕虫转移至浓度3%以上的臭氧环境中，在150~350℃下氧化5~180秒；

c) 将石墨蠕虫与浓度为5~25wt%的巯丙基甲基二甲氧基硅烷乙醇水溶液或Si69乙醇水溶液按重量比1:0.01~1以喷雾方式混合，先在室温下反应，然后加热至70~100℃进行表面改性；

所述石墨蠕虫与巯丙基甲基二甲氧基硅烷乙醇水溶液或Si69乙醇水溶液的重量比1:0.1~0.5；巯丙基甲基二甲氧基硅烷乙醇水溶液或Si69乙醇水溶液中乙醇水溶液的配方为78-82%乙醇、16-20%去离子水和1-3%乙酸；

d) 将表面改性后的石墨蠕虫加入至5~100倍质量的去离子水中，分散混合10min-5h，得到均匀的石墨浆料；对石墨浆料在20~50℃下以≥10000/s的剪切速度进行高剪切循环剥离均质处理，得到粘稠的、平均粒径小于20μm的石墨烯浆料；

e）将石墨烯浆料与浓度为30~60wt%的氨水稳定乳胶水溶液按重量比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-2h，得到混合浆料；对混合浆料在20-50℃下以≥10000/s的剪切速度进行高剪切循环剥离均质处理，得到平均粒径小于20μm的石墨烯乳胶浆料；

f）向石墨烯乳胶浆料加入甲酸溶液使pH低于5，使乳胶与石墨烯共同凝絮，与水分相，将水压滤挤出，干燥后得石墨烯橡胶浓缩料。

2.如权利要求1所述的一种石墨烯橡胶浓缩料的生产方法，其特征在于，步骤b）中，臭氧浓度大于5%。

3.如权利要求1所述的一种石墨烯橡胶浓缩料的生产方法，其特征在于，步骤c）中，室温反应时间为10-200min，加热至70~100℃后反应20~300min。

4.如权利要求1所述的一种石墨烯橡胶浓缩料的生产方法，其特征在于，步骤f）中，加入甲酸溶液使pH低于4；压滤压力大于0.3MPa，干燥温度为55-65℃，干燥后石墨烯的含量大于10wt%。

5.如权利要求1所述的一种石墨烯橡胶浓缩料的生产方法，其特征在于，所述石墨烯橡胶浓缩料通过石墨烯橡胶浓缩料大规模连续生产装置制得，所述装置包括依次连接的可膨胀石墨储罐（4）、高温电加热膨胀炉（1）、臭氧氧化炉（3）、旋转闭风器（7）、搅拌耐压反应釜（9）、浆料泵（10）和压滤机（16）；

其中，可膨胀石墨储罐通过螺杆进料机（5）向高温电加热膨胀炉进料，高温电加热膨胀炉的周侧设有碳化硅加热棒（2），臭氧氧化炉上连接有臭氧发生器（6），旋转闭风器与搅拌耐压反应釜之间的管路上设有鼓风机（8），搅拌耐压反应釜的顶部连接有偶联剂储罐（12）、乳胶储罐（14）、甲酸储罐（13）和去离子水储罐（15）；搅拌耐压反应釜底部的排料阀门和搅拌耐压反应釜顶部之间设有循环回路的胶体磨均质机（11）；搅拌耐压反应釜内设有搅拌机构和加热机构；

所述胶体磨均质机中，在每段环节采用多组定子和转子的组合，定子和转子之间的距离在50至200微米；

所述搅拌机构包括驱动机构、搅拌轴和环绕搅拌轴的立式螺带，所述搅拌机构的转动方向可调节，顺时针转动时混料，逆时针转动时排料。

6.如权利要求5所述的一种石墨烯橡胶浓缩料的生产方法，其特征在于，所述旋转闭风器的叶片上设有透气孔。

7.一种利用权利要求1所述方法制得的石墨烯橡胶浓缩料制备石墨烯橡胶的方法，其特征在于包括以下步骤：

1）将生胶和白炭黑在密炼机内密炼，加入硫化剂、硫化促进剂、硫化活性剂、防老化剂继续密炼；

2）加入石墨烯橡胶浓缩料继续密炼，得到均匀的石墨烯生橡胶；

3）用开炼机挤出生胶片，将生胶片置于密闭模具内用硫化机硫化，得石墨烯橡胶，石墨烯在石墨烯橡胶中的含量为0.01~5wt%。