CN105801724A - 利用氧化石墨烯粉末凝固天然胶胶乳的方法 - Google Patents

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朱健鹏
张洪学
刘宇艳
周平
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    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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    • C08C1/00—Treatment of rubber latex
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Abstract

本发明涉及一种利用氧化石墨烯粉末凝固天然胶胶乳的方法，其特征是，包括以下步骤：（1）将氧化石墨烯粉末置入天然胶乳中，氧化石墨烯含量为天然胶乳含量的1‰～1%；调整天然胶乳的pH值为2～4，搅拌均匀使氧化石墨烯溶解于天然乳胶中；（2）对步骤（1）得到的天然胶乳进行超声处理；（3）超声处理后将天然胶乳放置至凝固。所述步骤（1）中调整天然胶乳pH值的方法为：加入酸溶液或水调整pH值为2～4。本发明利用工业化量产的氧化石墨烯溶于天然胶胶乳后呈强酸的性质，直接利用氧化石墨烯水溶液所呈的酸性环境使天然胶发生凝固，采用超声处理提高其单层率，可得到混有高分散度的氧化石墨烯‑天然胶材料，大幅提高橡胶的各项性能。

Description

利用氧化石墨烯粉末凝固天然胶胶乳的方法
技术领域
本发明涉及一种利用氧化石墨烯粉末凝固天然胶胶乳的方法，属于橡胶制造工艺技术领域。
背景技术
天然橡胶是橡胶树分泌的乳汁经凝固，加工制得的弹性固体状物。鲜胶乳的加工工序大致为胶乳保存、清除杂质、混合、凝固、凝块脱水或压片、造粒、干燥、检验、包装，其中鲜胶乳的凝固是影响天然胶质量的重要环节之一。酸凝固是胶乳凝固的一种工艺。主要是指在鲜胶乳中加入一定量的氨作保存剂，再运回到加工厂集中凝固加工，加入的酸用来中和氨以及凝固胶乳。该凝固工艺使用的酸主要有甲酸、醋酸和硫酸。
石墨烯是近几年新出现的一类碳材料，广泛应用于改性材料、生物医药等领域。其发现者于2010年获得诺贝尔物理学奖。氧化石墨烯是石墨烯制备过程中的前驱体，其表面具有丰富的含氧官能团，大量实验研究证实氧化石墨烯的加入对各类高分子材料性能均有显著提升作用，同时产品价格大大低于石墨烯。
对于氧化石墨烯一般采用在密炼机中直接加入进行混合。但是商业化的氧化石墨烯单层率较低，并且团聚问题严重，影响了其效果的体现。为了获得分散度及单层率更高的石墨烯掺杂橡胶材料，急需开发更为高效简单的分散方法。
氧化石墨烯在制备过程中需要用硫酸等强氧化剂进行氧化，反应完成后再进行清洗除酸，否则最终的产品溶于水后呈强酸性质。但是清洗过程会造成成本大幅上升，这对石墨烯类碳材料的推广造成一定影响。如果不清洗，会造成酸性过高，可能对材料的性能造成一定影响。特别是当配置成氧化石墨烯水溶液时，水溶液的pH过高，影响使用。当前有研究将冲洗至中性的氧化石墨烯加入胶乳中，再加入酸性介质进行沉降。该方法氧化石墨烯处理成本较高，并且仍需要加入酸性介质。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种利用氧化石墨烯粉末凝固天然胶胶乳的方法，利用工业化量产的氧化石墨烯溶于天然胶胶乳后呈强酸的性质，直接利用氧化石墨烯水溶液所呈的酸性环境使天然胶发生凝固，采用超声处理提高其单层率，可得到混有高分散度的氧化石墨烯-天然胶材料，大幅提高橡胶的各项性能。
按照本发明提供的技术方案，所述利用氧化石墨烯粉末凝固天然胶胶乳的方法，其特征是，包括以下步骤：
（1）将氧化石墨烯粉末置入天然胶乳中，氧化石墨烯含量为天然胶乳含量的1‰～1%；调整天然胶乳的pH值为2～4，搅拌均匀使氧化石墨烯溶解于天然乳胶中；
（2）对步骤（1）得到的天然胶乳进行超声处理；
（3）超声处理后将天然胶乳放置至凝固。
进一步的，所述步骤（1）中调整天然胶乳pH值的方法为：加入酸溶液或水调整pH值为2～4。
进一步的，所述酸溶液为醋酸水溶液、甲酸水溶液或硫酸水溶液。
进一步的，所述步骤（2）中超声处理的时间为1～2小时，超声功率为500～1500W。
进一步的，所述天然胶乳凝固后，通过碾压水洗脱除多余的水及酸性溶液。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
（1）以往轮胎混炼工艺一般将物料直接加入到密炼机中，由于氧化石墨烯用量较少，采用该方法损失严重，而且容易造成局部聚集。本发明在胶乳沉淀过程中加入氧化石墨烯水溶液即保证了分散效果，又不会使昂贵的氧化石墨烯材料在混炼过程中损失。
（2）传统凝固方法成本较高，由于氧化石墨烯产品水溶液本身呈酸性，该工艺省去了凝固过程中其他酸的使用。
（3）传统酸凝固刺激气味浓，操作工人劳动强度大，影响作业工人身心健康，氧化石墨烯水溶液无任何味道，保证了工人的作业环境
（4）研究表明传统酸凝固工艺对胶料的性能有一定影响，高分散的氧化石墨烯引入可大幅提升胶料的性能。
（5）氧化石墨烯产品为粉末状固体，省去了大量运输成本，水溶液配备简单，无需增加任何设备
（6）氧化石墨烯生产厂家如果生产中性氧化石墨烯产品，需大幅提高其生产成本，该方法利用其水溶液酸性特点，将氧化石墨烯生产特点与胶乳凝固相结合，大幅降低了双方的生产成本，合理利用了酸性资源。
（7）对溶有氧化石墨烯的胶乳进行超声处理，大幅提高了氧化石墨烯的单层率及在胶乳中的分散度，可使凝固后的胶料性能大幅提升。
（8）该方法直接在天然胶生产源头进行氧化石墨烯的添加，简化了下游天然胶制品的应用操作，使不具备氧化石墨烯混炼工艺的应用厂家也可使用高性能天然胶制品。
（9）该方法可根据下游客户的实际需求进行氧化石墨烯的定量添加，具有可控性。
（10）下游应用企业生产过程中还需添加其他配料进行混炼，混炼过程中又进一步提高了氧化石墨烯在天然胶中的分散度。
（11）石墨烯类产品虽已工业化，但是限制该行业主要瓶颈是下游应用问题，在天然胶胶乳中添加氧化石墨烯可大幅扩展石墨烯类产品的应用范围。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明实施例中所使用的氧化石墨烯产品由常州第六元素材料科技股份有限公司提供。
实施例1：一种利用氧化石墨烯粉末凝固天然胶胶乳的方法，包括以下步骤：
（1）将氧化石墨烯粉末置入天然胶乳中，氧化石墨烯含量为天然胶乳含量的1‰；通过加少量醋酸水溶液调整pH值为2，搅拌均匀使氧化石墨烯溶解于天然乳胶中；
（2）对步骤（1）得到的天然胶乳进行超声处理1小时，超声功率为1500W；对天然胶乳进行超声处理，以提高氧化石墨烯单层率及溶解度，天然胶乳在酸性溶液作用下发生凝固；
（3）超声处理后将天然胶乳放置至凝固；
（4）天然胶乳凝固后，通过碾压水洗脱除多余的水及酸性溶液，但是该过程并无氧化石墨烯的损失。
实施例2：一种利用氧化石墨烯粉末凝固天然胶胶乳的方法，包括以下步骤：
（1）将氧化石墨烯粉末置入天然胶乳中，氧化石墨烯含量为天然胶乳含量的1%；通过加少量醋酸水溶液调整pH值为4，搅拌均匀使氧化石墨烯溶解于天然乳胶中；
（2）对步骤（1）得到的天然胶乳进行超声处理2小时，超声功率为500W；对天然胶乳进行超声处理，以提高氧化石墨烯单层率及溶解度，天然胶乳在酸性溶液作用下发生凝固；
（3）超声处理后将天然胶乳放置至凝固；
（4）天然胶乳凝固后，通过碾压水洗脱除多余的水及酸性溶液，但是该过程并无氧化石墨烯的损失。
实施例3：一种利用氧化石墨烯粉末凝固天然胶胶乳的方法，包括以下步骤：
（1）将氧化石墨烯粉末置入天然胶乳中，氧化石墨烯含量为天然胶乳含量的5‰；通过加少量醋酸水溶液、甲酸水溶液或硫酸水溶液调整pH值为3，搅拌均匀使氧化石墨烯溶解于天然乳胶中；
（2）对步骤（1）得到的天然胶乳进行超声处理1.5小时，超声功率为1000W；对天然胶乳进行超声处理，以提高氧化石墨烯单层率及溶解度，天然胶乳在酸性溶液作用下发生凝固；
（3）超声处理后将天然胶乳放置至凝固；
（4）天然胶乳凝固后，通过碾压水洗脱除多余的水及酸性溶液，但是该过程并无氧化石墨烯的损失。

Claims (5)

1.一种利用氧化石墨烯粉末凝固天然胶胶乳的方法，其特征是，包括以下步骤：
（1）将氧化石墨烯粉末置入天然胶乳中，氧化石墨烯含量为天然胶乳含量的1‰～1%；调整天然胶乳的pH值为2～4，搅拌均匀使氧化石墨烯溶解于天然乳胶中；
（2）对步骤（1）得到的天然胶乳进行超声处理；
（3）超声处理后将天然胶乳放置至凝固。
2.如权利要求1所述的利用氧化石墨烯粉末凝固天然胶胶乳的方法，其特征是：所述步骤（1）中调整天然胶乳pH值的方法为：加入酸溶液或水调整pH值为2～4。
3.如权利要求2所述的利用氧化石墨烯粉末凝固天然胶胶乳的方法，其特征是：所述酸溶液为醋酸水溶液、甲酸水溶液或硫酸水溶液。
4.如权利要求1所述的利用氧化石墨烯粉末凝固天然胶胶乳的方法，其特征是：所述步骤（2）中超声处理的时间为1～2小时，超声功率为500～1500W。
5.如权利要求1所述的利用氧化石墨烯粉末凝固天然胶胶乳的方法，其特征是：所述天然胶乳凝固后，通过碾压水洗脱除多余的水及酸性溶液。
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