CN106009699A - 一种生物炭基导热橡胶的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种生物炭基导热橡胶的制备方法,属于橡胶制备技术领域。该方法以竹篾为原料,经酸洗碱泡后炭化,再经天然树脂和植物油在微生物作用下复合改性,最后和生胶混炼后得到导热橡胶。本发明通过天然树脂和植物油对生物炭表面改性,在其表面沾附大量天然树脂颗粒和疏水基团,增加生物炭表面活性和粗糙度,增强生物炭和橡胶的结合作用,补强天然树脂可以固化交联形成网络结构,同时与胶料硫化形成的网络相互穿插渗透,形成补充交联,形成更多有效导热网链,提高橡胶的热导率,同时还可以改性生物炭的填充效果,改善胶料的力学性能,既具有优良导热性又具有优异力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物炭基导热橡胶的制备方法,属于橡胶制备技术领域。
背景技术
橡胶的导热性能较差,橡胶制品在动态工况下产生的热量会在橡胶制品内部积聚,形成局部高温,而且在使用过程中从外界传递的热量无法通过橡胶快速有效的散发出去,从而导致橡胶制品加速老化,性能下降。因此导热性能较差限制了天然橡胶在很多领域的应用。改善天然橡胶的导热性能,可以扩大天然橡胶的应用领域,如航空航天、电子电器等领域中需要散热和传热的绝缘部位。这些部位的导热橡胶,需要能够及时散除设备在使用过程中产生的热量,对电子产品的小型化、密集化具有重要意义,还可以提高其可靠性、精密度和使用寿命。
对于橡胶材料而言,天然橡胶属于非晶体非金属材料,因为声子的振动较小,自身的热导率较低,属于热的不良导体。为了提高橡胶的导热性能,一般采用利用导热填料填充制备填充型导热橡胶复合材料,通过导热填料在橡胶基体内部搭接导热网络的办法来提高其导热性能。填充型导热橡胶加工工艺简单,生产成本比较低,通过适当的配方调整或工艺处理制备得到的导热橡胶可以广泛应用于众多领域中需要散热和传热以及绝缘的部位,同时还能起到减震效果。
以生物质炭作为填料来增强橡胶导热性的报道尚不多见,而且生物炭与橡胶的相容性差,结合度低,掺杂后容易导致橡胶制品力学性能的下降,因此开发出一种既具有优良导热性又具有优异力学性能的橡胶制品是目前研究的热点。
发明内容
本发明主要解决的技术问题:针对目前生物质炭作为填料来生产导热橡胶,由于生物炭与橡胶的相容性差,结合度低,掺杂后容易导致橡胶制品力学性能下降的缺陷,提供了一种生物炭基导热橡胶的制备方法。该方法以竹篾为原料,经酸洗碱泡后炭化,再经天然树脂和植物油在微生物作用下复合改性,最后和生胶混炼后得到导热橡胶。本发明通过天然树脂和植物油对生物炭表面改性,在其表面沾附大量天然树脂颗粒和疏水基团,增加生物炭表面活性和粗糙度,增强生物炭和橡胶的结合作用,补强天然树脂可以固化交联形成网络结构,同时与胶料硫化形成的网络相互穿插渗透,形成补充交联,形成更多有效导热网链,提高橡胶的热导率,同时还可以改性生物炭的填充效果,改善胶料的力学性能,既具有优良导热性又具有优异力学性能。
为了解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:
(1)称取1~2kg竹篾用刚玉研钵研磨脱胶处理1~2h,再将研磨后的竹篾用浓度为0.5mol/L盐酸反复冲洗2~3h后干燥,按固液比为1:5将酸洗干燥后的竹篾和浓度为1mol/L氢氧化钠溶液混合,摇床振荡浸渍过夜;
(2)浸渍结束后离心分离得到滤渣并将其放入布氏漏斗,用去离子水抽滤洗涤3~5次后将滤渣自然晾干,再将晾干后的滤渣放入炭化炉中,在氩气保护下加热升温至300~400℃保温炭化2~3h后研磨过100目筛,得到竹基生物炭粉末;
(3)称取100~200g桃胶和500~600mL蒸馏水混合后装入烧杯中,将烧杯移入60~70℃水浴锅中保温搅拌20~30min得到桃胶改性液,按体积比为1:1将竹基生物炭粉末和桃胶改性液混合后放入陶瓷发酵罐中;
(4)向上述发酵罐中再加入100~200mL蓖麻油、10~15g硬脂酸和10~15mL禽畜粪便沼气池中的上层沼液,用搅拌棒搅拌均匀后将发酵罐放入35~45℃的温室中发酵改性12~14天后取出发酵产物用离心机以6000~7000r/min转速离心15~20min,分离得到下层沉淀,依次用无水乙醇和去离子水分别冲洗3~5次,放入烘箱在105~110℃下干燥1~2h后得到表面改性竹基生物炭粉末;
(5)按重量份数计称取80~90份甲基乙烯基硅橡胶生胶和3~5份过氧化二异丙苯装入双辊开炼机中炼制20~25min得预混胶;
(6)再按重量分数计称取110~120份上述预混胶、8~12份表面改性竹基生物炭粉末、1~2份硬脂酸和2~4份N,N’-间苯撑双马来酰亚胺混合后装入混炼机中混炼20~30min得到混炼胶,再将得到的混炼胶放入平板硫化机于145~155℃下以8~10MPa的压力压制成1~2mm厚的薄片并硫化处理20~30min,待其自然冷却后即得生物炭基导热橡胶。
本发明的应用方法:用本发明制得的生物炭基导热橡胶注模制成汽车轮胎,经检测,本发明制得的导热橡胶导热系数为0.52W/m·K,比纯天然橡胶提高了75~80%,其拉伸强度达到28~30MPa,撕裂强度达到25~28KN/m,具有极佳的导热性和力学性能。
本发明的有益效果:
(1)本发明制得的生物炭基导热橡胶导热系数为0.52W/m·K,比纯天然橡胶提高了75~80%,其拉伸强度达到28~30MPa,撕裂强度达到25~28KN/m,具有极佳的导热性和力学性能;
(2)本发明制得的生物炭基导热橡胶以可再生的生物质炭代替传统的化石能源炭材料,是一种绿色环保的新材料;
(3)本发明制得的生物炭基导热橡胶通过对生物炭表面改性增加其表面活性和粗糙度增加生物炭和橡胶的结合作用,提高了橡胶的热导率,同时还可以改性生物炭的填充效果,改善胶料的力学性能。
具体实施方式
称取1~2kg竹篾用刚玉研钵研磨脱胶处理1~2h,再将研磨后的竹篾用浓度为0.5mol/L盐酸反复冲洗2~3h后干燥,按固液比为1:5将酸洗干燥后的竹篾和浓度为1mol/L氢氧化钠溶液混合,摇床振荡浸渍过夜;浸渍结束后离心分离得到滤渣并将其放入布氏漏斗,用去离子水抽滤洗涤3~5次后将滤渣自然晾干,再将晾干后的滤渣放入炭化炉中,在氩气保护下加热升温至300~400℃保温炭化2~3h后研磨过100目筛,得到竹基生物炭粉末;称取100~200g桃胶和500~600mL蒸馏水混合后装入烧杯中,将烧杯移入60~70℃水浴锅中保温搅拌20~30min得到桃胶改性液,按体积比为1:1将竹基生物炭粉末和桃胶改性液混合后放入陶瓷发酵罐中;向上述发酵罐中再加入100~200mL蓖麻油、10~15g硬脂酸和10~15mL禽畜粪便沼气池中的上层沼液,用搅拌棒搅拌均匀后将发酵罐放入35~45℃的温室中发酵改性12~14天后取出发酵产物用离心机以6000~7000r/min转速离心15~20min,分离得到下层沉淀,依次用无水乙醇和去离子水分别冲洗3~5次,放入烘箱在105~110℃下干燥1~2h后得到表面改性竹基生物炭粉末;按重量份数计称取80~90份甲基乙烯基硅橡胶生胶和3~5份过氧化二异丙苯装入双辊开炼机中炼制20~25min得预混胶;再按重量分数计称取110~120份上述预混胶、8~12份表面改性竹基生物炭粉末、1~2份硬脂酸和2~4份N,N’-间苯撑双马来酰亚胺混合后装入混炼机中混炼20~30min得到混炼胶,再将得到的混炼胶放入平板硫化机于145~155℃下以8~10MPa的压力压制成1~2mm厚的薄片并硫化处理20~30min,待其自然冷却后即得生物炭基导热橡胶。
实例1
称取1kg竹篾用刚玉研钵研磨脱胶处理1h,再将研磨后的竹篾用浓度为0.5mol/L盐酸反复冲洗2h后干燥,按固液比为1:5将酸洗干燥后的竹篾和浓度为1mol/L氢氧化钠溶液混合,摇床振荡浸渍过夜;浸渍结束后离心分离得到滤渣并将其放入布氏漏斗,用去离子水抽滤洗涤3次后将滤渣自然晾干,再将晾干后的滤渣放入炭化炉中,在氩气保护下加热升温至300℃保温炭化2h后研磨过100目筛,得到竹基生物炭粉末;称取100g桃胶和500mL蒸馏水混合后装入烧杯中,将烧杯移入60℃水浴锅中保温搅拌20min得到桃胶改性液,按体积比为1:1将竹基生物炭粉末和桃胶改性液混合后放入陶瓷发酵罐中;向上述发酵罐中再加入100mL蓖麻油、10g硬脂酸和10mL禽畜粪便沼气池中的上层沼液,用搅拌棒搅拌均匀后将发酵罐放入35℃的温室中发酵改性12天后取出发酵产物用离心机以6000r/min转速离心15min,分离得到下层沉淀,依次用无水乙醇和去离子水分别冲洗3次,放入烘箱在105℃下干燥1h后得到表面改性竹基生物炭粉末;按重量份数计称取80份甲基乙烯基硅橡胶生胶和3份过氧化二异丙苯装入双辊开炼机中炼制20min得预混胶;再按重量分数计称取110份上述预混胶、8份表面改性竹基生物炭粉末、1份硬脂酸和2份N,N’-间苯撑双马来酰亚胺混合后装入混炼机中混炼20min得到混炼胶,再将得到的混炼胶放入平板硫化机于145℃下以8MPa的压力压制成1mm厚的薄片并硫化处理20min,待其自然冷却后即得生物炭基导热橡胶。
本发明的应用方法:用本发明制得的生物炭基导热橡胶注模制成汽车轮胎,经检测,本发明制得的导热橡胶导热系数为0.52W/m·K,比纯天然橡胶提高了75%,其拉伸强度达到28MPa,撕裂强度达到25KN/m,具有极佳的导热性和力学性能。
实例2
称取2kg竹篾用刚玉研钵研磨脱胶处理2h,再将研磨后的竹篾用浓度为0.5mol/L盐酸反复冲洗3h后干燥,按固液比为1:5将酸洗干燥后的竹篾和浓度为1mol/L氢氧化钠溶液混合,摇床振荡浸渍过夜;浸渍结束后离心分离得到滤渣并将其放入布氏漏斗,用去离子水抽滤洗涤4次后将滤渣自然晾干,再将晾干后的滤渣放入炭化炉中,在氩气保护下加热升温至350℃保温炭化3h后研磨过100目筛,得到竹基生物炭粉末;称取150g桃胶和550mL蒸馏水混合后装入烧杯中,将烧杯移入65℃水浴锅中保温搅拌25min得到桃胶改性液,按体积比为1:1将竹基生物炭粉末和桃胶改性液混合后放入陶瓷发酵罐中;向上述发酵罐中再加入150mL蓖麻油、13g硬脂酸和13mL禽畜粪便沼气池中的上层沼液,用搅拌棒搅拌均匀后将发酵罐放入40℃的温室中发酵改性13天后取出发酵产物用离心机以6500r/min转速离心18min,分离得到下层沉淀,依次用无水乙醇和去离子水分别冲洗4次,放入烘箱在108℃下干燥1h后得到表面改性竹基生物炭粉末;按重量份数计称取85份甲基乙烯基硅橡胶生胶和4份过氧化二异丙苯装入双辊开炼机中炼制23min得预混胶;再按重量分数计称取115份上述预混胶、10份表面改性竹基生物炭粉末、1份硬脂酸和3份N,N’-间苯撑双马来酰亚胺混合后装入混炼机中混炼25min得到混炼胶,再将得到的混炼胶放入平板硫化机于150℃下以9MPa的压力压制成2mm厚的薄片并硫化处理25min,待其自然冷却后即得生物炭基导热橡胶。
本发明的应用方法:用本发明制得的生物炭基导热橡胶注模制成汽车轮胎,经检测,本发明制得的导热橡胶导热系数为0.52W/m·K,比纯天然橡胶提高了78%,其拉伸强度达到29MPa,撕裂强度达到27KN/m,具有极佳的导热性和力学性能。
实例3
称取2kg竹篾用刚玉研钵研磨脱胶处理2h,再将研磨后的竹篾用浓度为0.5mol/L盐酸反复冲洗3h后干燥,按固液比为1:5将酸洗干燥后的竹篾和浓度为1mol/L氢氧化钠溶液混合,摇床振荡浸渍过夜;浸渍结束后离心分离得到滤渣并将其放入布氏漏斗,用去离子水抽滤洗涤5次后将滤渣自然晾干,再将晾干后的滤渣放入炭化炉中,在氩气保护下加热升温至400℃保温炭化3h后研磨过100目筛,得到竹基生物炭粉末;称取200g桃胶和600mL蒸馏水混合后装入烧杯中,将烧杯移入70℃水浴锅中保温搅拌30min得到桃胶改性液,按体积比为1:1将竹基生物炭粉末和桃胶改性液混合后放入陶瓷发酵罐中;向上述发酵罐中再加入200mL蓖麻油、15g硬脂酸和15mL禽畜粪便沼气池中的上层沼液,用搅拌棒搅拌均匀后将发酵罐放入45℃的温室中发酵改性14天后取出发酵产物用离心机以7000r/min转速离心20min,分离得到下层沉淀,依次用无水乙醇和去离子水分别冲洗5次,放入烘箱在110℃下干燥2h后得到表面改性竹基生物炭粉末;按重量份数计称取90份甲基乙烯基硅橡胶生胶和5份过氧化二异丙苯装入双辊开炼机中炼制25min得预混胶;再按重量分数计称取120份上述预混胶、12份表面改性竹基生物炭粉末、2份硬脂酸和4份N,N’-间苯撑双马来酰亚胺混合后装入混炼机中混炼30min得到混炼胶,再将得到的混炼胶放入平板硫化机于155℃下以10MPa的压力压制成2mm厚的薄片并硫化处理30min,待其自然冷却后即得生物炭基导热橡胶。
本发明的应用方法:用本发明制得的生物炭基导热橡胶注模制成汽车轮胎,经检测,本发明制得的导热橡胶导热系数为0.52W/m·K,比纯天然橡胶提高了80%,其拉伸强度达到30MPa,撕裂强度达到28KN/m,具有极佳的导热性和力学性能。
Claims (1)
1.一种生物炭基导热橡胶的制备方法,其特征在于具体制备步骤为:
(1)称取1~2kg竹篾用刚玉研钵研磨脱胶处理1~2h,再将研磨后的竹篾用浓度为0.5mol/L盐酸反复冲洗2~3h后干燥,按固液比为1:5将酸洗干燥后的竹篾和浓度为1mol/L氢氧化钠溶液混合,摇床振荡浸渍过夜;
(2)浸渍结束后离心分离得到滤渣并将其放入布氏漏斗,用去离子水抽滤洗涤3~5次后将滤渣自然晾干,再将晾干后的滤渣放入炭化炉中,在氩气保护下加热升温至300~400℃保温炭化2~3h后研磨过100目筛,得到竹基生物炭粉末;
(3)称取100~200g桃胶和500~600mL蒸馏水混合后装入烧杯中,将烧杯移入60~70℃水浴锅中保温搅拌20~30min得到桃胶改性液,按体积比为1:1将竹基生物炭粉末和桃胶改性液混合后放入陶瓷发酵罐中;
(4)向上述发酵罐中再加入100~200mL蓖麻油、10~15g硬脂酸和10~15mL禽畜粪便沼气池中的上层沼液,用搅拌棒搅拌均匀后将发酵罐放入35~45℃的温室中发酵改性12~14天后取出发酵产物用离心机以6000~7000r/min转速离心15~20min,分离得到下层沉淀,依次用无水乙醇和去离子水分别冲洗3~5次,放入烘箱在105~110℃下干燥1~2h后得到表面改性竹基生物炭粉末;
(5)按重量份数计称取80~90份甲基乙烯基硅橡胶生胶和3~5份过氧化二异丙苯装入双辊开炼机中炼制20~25min得预混胶;
(6)再按重量分数计称取110~120份上述预混胶、8~12份表面改性竹基生物炭粉末、1~2份硬脂酸和2~4份N,N’-间苯撑双马来酰亚胺混合后装入混炼机中混炼20~30min得到混炼胶,再将得到的混炼胶放入平板硫化机于145~155℃下以8~10MPa的压力压制成1~2mm厚的薄片并硫化处理20~30min,待其自然冷却后即得生物炭基导热橡胶。
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