[发明专利]一种石墨烯修饰废旧轮胎热裂解炭黑复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种石墨烯修饰废旧轮胎热裂解炭黑纳米复合材料的制备方法，主要步骤包括氧化石墨烯的制备，热裂解炭黑的水悬浮液制备，二者的湿法共混、酸化、提纯及化学修饰，最后经后处理及高温热处理，最终得到的产品中废旧轮胎的热解炭黑中灰分含量大幅度降低，且经化学修饰后，氧化石墨烯在炭黑表面形成化学键接，在使用过程中可以避免石墨烯单独添加造成的团聚问题，而且石墨烯弥补了单独使用热裂解炭黑造成的性能损失，该发明的生产工艺综合利用了石墨烯的生产工艺和裂解炭黑的改性工艺的有机结合，产品性能优异，生产过程节能，适合大规模生产。

技术领域

本发明涉及一种橡胶用助剂的制备方法，具体涉及一种石墨烯接枝改性废旧轮胎热裂解炭黑纳米复合材料的制备方法。

背景技术

我国是轮胎生产和使用大国，每年废旧轮胎的产生量巨大，其处理方式一般采取固体废弃物的处理方式，堆积、掩埋等，严重的污染了人们的生活环境，甚至会影响人类健康，更有利的处理方式是亟需解决的问题。而废旧轮胎的热裂解处理被认为是一种有效的循环处理方式，不仅可以处理掉轮胎，而且还能得到某些材料的回收利用。废旧轮胎热裂解炭黑是热裂解的主要产物之一，如何使其得到高效的综合利用是回收过程中至关重要的一步。由于热裂解过程中没有完全还原轮胎用炭黑的表观形貌，且还有大量灰分的存在，导致其无法重新利用到轮胎或其他橡胶制品中，目前主要是将其作为色素炭黑应用到色母粒中，因此如何使其得到合理的处理方式提高其应用层次是行业的一大难题。

石墨烯本身具有优异的功能性，目前其相关产品已经在市场上得到了应用，在强度、导热、导电、防腐等领域发挥了其优异的使用性能，但是在橡胶领域暂时还没有得到大范围产业化应用。虽然石墨烯母胶等产品目前已少量推广到轮胎及部分橡胶制品中，但是基于其高昂的价格，再结合橡胶产业对成本的控制仍然很难形成大规模的市场占有率。因此结合其性能寻求开发一条高性价比的产品对石墨烯在橡胶产业乃至其他市场的推广具有极大的现实意义。

通过前期大量的实验验证，我们发现废旧轮胎热裂解炭黑应用到胎面、胎侧等部位时会出现力学性能下降，耐磨性能下降，生热减少，硬度降低等现象，而这些性能的提升及降低恰好可以与石墨烯在轮胎中应用时体现出的性能形成互补，如果能够将二者形成有机结合，有望在轮胎中替代原有材料的性能，甚至能够得到性能提升，并且可以平衡其综合使用成本，从而实现两者在轮胎及其他橡胶制品中的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种橡胶用石墨烯接枝改性废旧轮胎热裂解炭黑纳米复合材料的制备方法，氧化还原法制备石墨烯时中间产物中含有大量的酸，此时加入废旧轮胎热裂解炭黑可以大幅度去除其中的灰分，并提供炭黑表面更多的含氧基团，同时避免了废旧轮胎热裂解炭黑改性过程中加酸不易工业化的弊端，而且通过偶联剂的加入，调节不同的生产工艺可以是热裂解炭黑表面与氧化石墨烯形成化学键接，促进了石墨烯的分散，本产品综合利用了热裂解炭黑低成本以及石墨烯的性能补偿，从而发挥二者的应用价值。

1.一种石墨烯修饰废旧轮胎热裂解炭黑纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.氧化石墨烯分散液的制备：采用天然鳞片石墨利用Hummers法制备氧化石墨烯的水分散液；

b.热裂解炭黑水悬浮液的制备以及酸化处理：将废旧轮胎热裂解炭黑按一定比例加入水中，同时加入助分散剂，高速搅拌条件下处理10分钟，加入硫酸，调节水分散液PH为2～4， 60℃下处理1小时即得酸化后的热裂解炭黑水悬浮液；

c.湿法共混，化学接枝修饰：将a和b按不同比例混合到一起，然后调节体系PH为4左右，加入偶联剂，温度调节到70℃，进行反应4小时，完成化学接枝；

d.提纯，高温热处理：将c所得的混合液经过滤，水洗后得到的中性水浆料经高温喷雾干燥得纳米复合材料终产品。

2.如权利要求1所述的复合材料的制备方法，其特征在于：助分散剂是十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵，聚乙烯醇中的一种。