一种石墨烯蜜胺复合泡沫板及其制备工艺

摘要

本发明实施例涉及三维石墨烯材料制备技术领域，具体涉及一种石墨烯蜜胺复合泡沫板，所述复合泡沫板是以蜜胺甲醛预缩合物、石墨烯为基础原料，添加分散乳化剂、发泡剂、固化剂及其他助剂加工制备而成，即为石墨烯均匀复合在蜜胺缩合物三维结构上，形成均一的石墨烯蜜胺复合泡沫板。本发明实施例的有益效果为：本发明的石墨烯蜜胺复合泡沫板具有较强的机械强度、屏蔽性、均匀性及声学特性，本发明通过石墨烯蜜胺预缩合物等原位分散乳化、交联等连续制备工艺，形成更均一的石墨烯蜜胺复合泡沫板，具有更完整的结构且表面更加平整均匀。

说明书

技术领域

本发明涉及三维石墨烯材料制备技术领域，具体涉及一种石墨烯蜜胺复合泡沫板及其制备工艺。

背景技术

石墨烯蜜胺复合泡沫板，是一种应用于电磁屏蔽、航空航天、LNG储罐及管道保温等场所的新材料。目前，多采用石墨烯溶液浸渍蜜胺泡沫的方法制备。专利CN105694427B一种石墨烯复合材料作为电磁屏蔽材料的应用，公开了一种复合方法是，以泡沫海绵(包括三聚氰胺海绵)浸渍、滴加、喷涂、抽滤等方式，将均匀分布的石墨烯材料溶液填充到，经过表面活性剂处理后的海绵的空隙中，然后干燥。专利CN105754144B一种超疏水还原氧化石墨烯/海绵复合材料及其制备方法，公开了一种采用微波、超声波法，以已二胺为还原剂，将氧化石墨烯还原成还原氧化石墨烯，并在空穴等超声波作用下，将还原氧化石墨烯分散并附着到海绵(包括蜜胺海绵)上。申请专利CN109621906A一种制备可吸收粘稠态原油的复合海绵的方法，公开了一种由氧化石墨烯还原并负载至三聚氰胺海绵上制得。凡此种种制备石墨烯蜜胺复合泡沫板的方法，其产品普遍存在，1)浸渍不均匀、复合产品结构不均匀；2)现有蜜胺海绵是开孔软质泡沫，经浸渍、多次挤压，制备的石墨烯蜜胺复合泡沫易变形。3)不易连续规模化制备。

因此，需要一种石墨烯蜜胺复合泡沫板及其制备工艺，以克服上述问题的发生。

发明内容

为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种石墨烯蜜胺复合泡沫板，所述复合泡沫板是以蜜胺甲醛预缩合物、石墨烯为基础原料，添加分散乳化剂、发泡剂、固化剂及其他助剂加工制备而成，即为石墨烯均匀复合在蜜胺缩合物三维结构上，形成均一的石墨烯蜜胺复合泡沫板；

其中，所述蜜胺甲醛预缩合物中，蜜胺与甲醛的摩尔比为1∶1.5至1∶4.5；

其中，所述复合泡沫板中石墨烯添加的质量为蜜胺甲醛预缩合物质量的0.1％-1％；

其中，所述复合泡沫板中分散乳化剂添加的重量与蜜胺甲醛预缩合物的重量比为1∶100至10∶100；

其中，所述分散乳化剂是阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂的混合物；

其中，所述复合泡沫板中发泡剂添加的重量与蜜胺甲醛预缩合物的重量比为2∶100至30∶100；

其中，所述复合泡沫板中固化剂添加的重量与蜜胺甲醛预缩合物的重量比为1∶100至32∶100；

其中，所述复合泡沫板中其他助剂添加的重量与蜜胺甲醛预缩合物的重量比为1∶100至40∶100。

进一步的，所述分散乳化剂中阴离子表面活性剂的重量占整体分散乳化剂的99.0％至1.0％，所述分散乳化剂中非离子表面活性剂的重量占整体分散乳化剂的1％至9％。

进一步的，所述发泡剂为正戊烷、异戊烷或二者不同比例的混合物。

进一步的，所述固化剂为有机酸或无机酸。

进一步的，所述固化剂为甲酸或柠檬酸或硫酸或磷酸。

进一步的，所述其他助剂为阻燃剂、荧光增白剂、疏水剂、染料中的一种或多种。

一种石墨烯蜜胺复合泡沫板的制备工艺，包括如下步骤；

(1)制备蜜胺甲醛预缩合物与石墨烯的分散液W1，包括如下步骤，

(a)将蜜胺甲醛预缩合物粉体通过计量输送设备，输送至粉液连续第一管道式动态混合器粉料进口，同时，脱盐水泵送到第一管道式动态混合器的液体进口，在第一管道式动态混合器中均匀混合；

(b)取10-50％的分散乳化剂泵送到管道式静态混合器的液体进口，石墨烯经计量进入管道式静态混合器的粉料进口，二者均匀混合；

(c)将(a)中动态混合器中的液态蜜胺甲醛预缩合物，以及(b)中静态混合器中的石墨烯乳化剂混合物分散液，分别输送进入第二管道式动态混合器中，实现高效均匀所分散乳化，形成分散液W1；

(2)制备分散液W2，具体步骤如下；

采用间歇式混合釜A/B进行混合制得分散液W2，将发泡剂、固化剂甲酸；剩余50％-90％的分散乳化剂、其他助剂添加到间歇式混合釜A/B，运行和混合交替进行；

(3)制备组合分散液W3，具体步骤如下；

分散液W1经齿轮计量泵输送到第三管道式动态混合器的进口a，分散液W2经齿轮计量泵输送到第三管道式动态混合器的进口b，W1和W2在第三管道式动态混合器中高效均匀混合乳化，出口处形成发泡组合分散液W3；

将W1与W2输送至高速分散乳化机中乳化形成组合分散液W3；

(4)发泡制作石墨烯蜜胺复合泡沫板，具体步骤如下，

组合分散液W3经齿轮计量泵加压，通过管道输送到发泡炉进料喷嘴；输送管道具有电加热功能，调整组合分散液W3的进炉温度；进料喷嘴前安装有被压阀，用于调整W3进炉压力；W3经喷嘴分布，进入发泡炉的电磁热板+热风式发泡段。W3在链板中间受热发泡，链板运行速度为2m/min，发泡时间5至8分钟；然后进入炉子的干燥段，干燥后的石墨烯蜜胺复合泡沫板经切割即可。

进一步的，所述步骤(a)、(b)、(c)中，混合器的转速为1000至2600rpm，压力为0.5至8.0mpa，温度为20至30度。

进一步的，所述步骤(3)中，第三管道式动态混合器操作压力为0.5至8.0mpa，操作温度为16-26度，转速1500至2600rpm。

进一步的，所述步骤(4)中，发泡段发泡温度80至120度，热风温度120度；干燥段热风温度180至260度。

本发明实施例的有益效果为：本发明获得的石墨烯蜜胺复合泡沫板可以在一面或双面用覆盖层层压或覆盖层包裹，覆盖层为如纸、纸板、金属板、玻璃、金属箔、聚合物箔等，也可以是泡沫复合，本发明获得的石墨烯蜜胺复合泡沫板，主要应用领域是飞机、船只、航空航天、电磁屏蔽、LNG管道设备保温、声学降噪等领域，具有较强的机械强度、屏蔽性、均匀性及声学特性，本发明通过石墨烯蜜胺预缩合物等原位分散乳化、交联等连续制备工艺，形成更均一的石墨烯蜜胺复合泡沫板，具有更完整的结构且表面更加平整均匀。

具体实施方式

下面描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

实施例1

本发明实施例公开了一种石墨烯蜜胺复合泡沫板，取1500g的蜜胺甲醛预缩合物粉体并溶于500g的脱盐水中；蜜胺甲醛预缩合物中甲醛与蜜胺的质量比为3.0，添加重量为蜜胺甲醛预缩合物重量的0.3％的石墨烯；添加重量为蜜胺甲醛预缩合物重量的4％的分散乳化剂；添加重量为蜜胺甲醛预缩合物重量的22％的发泡剂、固化剂及其它助剂。

其中，分散乳化剂为由十二烷基苯磺酸钠和OP-10，按照重量比91：9混合制备；

其中，发泡剂为正戊烷；

其中，固化剂为甲酸；

其中，其他助剂为染料。

实施例2

本发明实施例公开了一种石墨烯蜜胺复合泡沫板，取1500g的蜜胺甲醛预缩合物粉体并溶于500g的脱盐水中；蜜胺甲醛预缩合物中甲醛与蜜胺的质量比为3.0，添加重量为蜜胺甲醛预缩合物重量的0.6％的石墨烯；添加重量为蜜胺甲醛预缩合物重量的6％的分散乳化剂；添加重量为蜜胺甲醛预缩合物重量的30％的发泡剂、固化剂及其它助剂。

其中，分散乳化剂为由十二烷基苯磺酸钠和OP-10，按照重量比93:7混合制备；

其中，发泡剂为正戊烷；

其中，固化剂为甲酸；

其中，其他助剂为染料。

实施例3

本发明实施例公开了一种石墨烯蜜胺复合泡沫板，取1500g的蜜胺甲醛预缩合物粉体并溶于500g的脱盐水中；蜜胺甲醛预缩合物中甲醛与蜜胺的质量比为1.5，添加重量为蜜胺甲醛预缩合物重量的0.1％的石墨烯；添加重量为蜜胺甲醛预缩合物重量的1％的分散乳化剂；添加重量为蜜胺甲醛预缩合物重量的2％的发泡剂、固化剂及其它助剂。

其中，分散乳化剂为由十二烷基苯磺酸钠和OP-10，按照重量比93:7混合制备；

其中，发泡剂为正戊烷；

其中，固化剂为甲酸；

其中，其他助剂为染料。

实施例4

本发明实施例公开了一种石墨烯蜜胺复合泡沫板，取1500g的蜜胺甲醛预缩合物液体；蜜胺甲醛预缩合物中甲醛与蜜胺的质量比为4.5，添加重量为蜜胺甲醛预缩合物重量的1％的石墨烯；添加重量为蜜胺甲醛预缩合物重量的10％的分散乳化剂；添加重量为蜜胺甲醛预缩合物重量的18％的发泡剂，添加重量为蜜胺甲醛预缩合物重量的20％的固化剂，添加重量为蜜胺甲醛预缩合物重量的40％的其它助剂。

其中，分散乳化剂为由十二烷基苯磺酸钠和OP-10，按照重量比93:7混合制备；

其中，发泡剂为正戊烷；

其中，固化剂为甲酸；

其中，其他助剂为染料。

实施例5

本发明实施例公开了一种石墨烯蜜胺复合泡沫板，取1500g的蜜胺甲醛预缩合物粉体并溶于500g的脱盐水中；蜜胺甲醛预缩合物中甲醛与蜜胺的质量比为3.0，添加重量为蜜胺甲醛预缩合物重量的0.6％的石墨烯；添加重量为蜜胺甲醛预缩合物重量的4％的分散乳化剂；添加重量为蜜胺甲醛预缩合物重量的8％的发泡剂，添加重量为蜜胺甲醛预缩合物重量的16％的固化剂，添加重量为蜜胺甲醛预缩合物重量的22％的其它助剂。

其中，分散乳化剂为由十二烷基苯磺酸钠和OP-10，按照重量比93:7混合制备；

其中，发泡剂为正戊烷；

其中，固化剂为甲酸；

其中，其他助剂为染料。

实施例6

具体实施例5中的石墨烯蜜胺复合泡沫板的制备工艺，具体步骤如下：

(1)制备蜜胺甲醛预缩合物与石墨烯的分散液W1，具体为：

(a)将蜜胺甲醛预缩合物粉体通过计量输送设备，以6kg/min速度输送至粉液连续第一管道式动态混合器粉料进口，同时，脱盐水以2kg/min泵送到第一管道式动态混合器的液体进口，在第一管道式动态混合器中均匀混合。其中，第一管道式动态混合器转速为1500rpm，温度为20度；

(b)取20％的分散乳化剂泵送到管道式静态混合器的液体进口，石墨烯经计量进入管道式静态混合器的粉料进口，二者均匀混合；

(c)将(a)中动态混合器中的液态蜜胺甲醛预缩合物，以及(b)中静态混合器中的石墨烯乳化剂混合物分散液，分别输送进入第二管道式动态混合器中，实现高效均匀所分散乳化，形成分散液W1。

其中，第二管道式动态混合器，转速为1000rpm，压力为0.5mpa，温度为20度；

(2)制备分散液W2，具体步骤如下，

采用间歇式混合釜A/B进行混合制得分散液W2，将发泡剂正戊烷计0.64kg/min；固化剂甲酸；计1.28kg/min；剩余的80％的乳化剂混合物，计0.32kg/min；其他助剂，计1.76kg/min；添加到间歇式混合釜A/B，运行和混合交替进行；混合压力为常压，温度为5度，通过冷水机组提供深冷水；

(3)制备组合分散液W3，具体为，

分散液W1经齿轮计量泵输送到第三管道式动态混合器的进口a，分散液W2经齿轮计量泵输送到第三管道式动态混合器的进口b，W1和W2在第三管道式动态混合器中高效均匀混合乳化，出口处形成发泡组合分散液W3；第三管道式动态混合器操作压力为0.5mpa，操作温度为16度，转速1500rpm，W3流量为12kg/min。

(4)连续发泡制备石墨烯蜜胺复合泡沫板，组合分散液W3经齿轮计量泵加压，通过管道输送到发泡炉进料喷嘴；输送管道具有电加热功能，根据工艺要求，调整组合分散液W3的进炉温度；进料喷嘴前安装有被压阀，用于调整W3进炉压力；W3经喷嘴分布，进入发泡炉的电磁热板+热风式发泡段。W3在1200(宽)*100(高)链板中间受热发泡，链板运行速度为2m/min，发泡时间5至8分钟；然后进入炉子的干燥段。

发泡段发泡温度80度，热风温度120度；

干燥段热风温度180度；

干燥后的石墨烯蜜胺复合泡沫板经切割即可。

其中，产品密度33kg/m3，闭孔率95％，石墨烯分布均一。

实施例7

具体实施例1中的石墨烯蜜胺复合泡沫板的制备工艺，具体步骤如下：

(1)制备蜜胺甲醛预缩合物与石墨烯的分散液W1，具体为：

(a)将蜜胺甲醛预缩合物粉体通过计量输送设备，以6kg/min速度输送至粉液连续第一管道式动态混合器粉料进口，同时，脱盐水以2kg/min泵送到第一管道式动态混合器的液体进口，在第一管道式动态混合器中均匀混合。其中，第一管道式动态混合器转速为2000rpm，温度为25度；

(b)取10％的分散乳化剂泵送到管道式静态混合器的液体进口，石墨烯经计量进入管道式静态混合器的粉料进口，二者均匀混合；

(c)将(a)中动态混合器中的液态蜜胺甲醛预缩合物，以及(b)中静态混合器中的石墨烯乳化剂混合物分散液，分别输送进入第二管道式动态混合器中，实现高效均匀所分散乳化，形成分散液W1。

其中，第二管道式动态混合器，转速为1800rpm，压力为4.0mpa，温度为25度；

(2)制备分散液W2，具体步骤如下，

采用间歇式混合釜A/B进行混合制得分散液W2，将发泡剂正戊烷计0.64kg/min；固化剂甲酸；计1.28kg/min；剩余的90％的乳化剂混合物，计0.32kg/min；其他助剂，计1.76kg/min；添加到间歇式混合釜A/B，运行和混合交替进行；混合压力为常压，温度为8度，通过冷水机组提供深冷水；

(3)制备组合分散液W3，具体为，

分散液W1经齿轮计量泵输送到第三管道式动态混合器的进口a，分散液W2经齿轮计量泵输送到第三管道式动态混合器的进口b，W1和W2在第三管道式动态混合器中高效均匀混合乳化，出口处形成发泡组合分散液W3；第三管道式动态混合器操作压力为8.0mpa，操作温度为26度，转速2600rpm，W3流量为12kg/min；

(4)连续发泡制备石墨烯蜜胺复合泡沫板，组合分散液W3经齿轮计量泵加压，通过管道输送到发泡炉进料喷嘴；输送管道具有电加热功能，根据工艺要求，调整组合分散液W3的进炉温度；进料喷嘴前安装有被压阀，用于调整W3进炉压力；W3经喷嘴分布，进入发泡炉的电磁热板+热风式发泡段。W3在1200(宽)*100(高)链板中间受热发泡，链板运行速度为2m/min，发泡时间5至8分钟；然后进入炉子的干燥段。

发泡段发泡温度100度，热风温度120度；

干燥段热风温度220度；

干燥后的石墨烯蜜胺复合泡沫板经切割即可。

其中，产品密度18kg/m3，闭孔率82％，石墨烯分布均一。

实施例8

具体实施例2中的石墨烯蜜胺复合泡沫板的制备工艺，具体步骤如下：

(1)制备蜜胺甲醛预缩合物与石墨烯的分散液W1，具体为：

(a)将蜜胺甲醛预缩合物粉体通过计量输送设备，以6kg/min速度输送至粉液连续第一管道式动态混合器粉料进口，同时，脱盐水以2kg/min泵送到第一管道式动态混合器的液体进口，在混合器中均匀混合。其中，第一管道式动态混合器转速为3000rpm，温度为30度；

(b)取50％的分散乳化剂泵送到管道式静态混合器的液体进口，石墨烯经计量进入管道式静态混合器的粉料进口，二者均匀混合；

(c)将(a)中动态混合器中的液态蜜胺甲醛预缩合物，以及(b)中静态混合器中的石墨烯乳化剂混合物分散液，分别输送进入第二管道式动态混合器中，实现高效均匀所分散乳化，形成分散液W1。

其中，第二管道式动态混合器，转速为2600rpm，压力为8.0mpa，温度为30度；

(2)制备分散液W2，具体步骤如下，

采用间歇式混合釜A/B进行混合制得分散液W2，将发泡剂正戊烷计0.64kg/min；固化剂甲酸；计1.28kg/min；剩余的50％的乳化剂混合物，计0.32kg/min；其他助剂，计1.76kg/min；添加到间歇式混合釜A/B，运行和混合交替进行；混合压力为常压，温度为15度，通过冷水机组提供深冷水；

(3)制备组合分散液W3，具体为，

分散液W1经齿轮计量泵输送到第三管道式动态混合器的进口a，分散液W2经齿轮计量泵输送到第三管道式动态混合器的进口b，W1和W2在第三管道式动态混合器中高效均匀混合乳化，出口处形成发泡组合分散液W3；第三管道式动态混合器操作压力为8.0mpa，操作温度为26度，转速2600rpm，W3流量为12kg/min。

(4)连续发泡制备石墨烯蜜胺复合泡沫板，组合分散液W3经齿轮计量泵加压，通过管道输送到发泡炉进料喷嘴；输送管道具有电加热功能，根据工艺要求，调整组合分散液W3的进炉温度；进料喷嘴前安装有被压阀，用于调整W3进炉压力；W3经喷嘴分布，进入发泡炉的电磁热板+热风式发泡段。W3在1200(宽)*100(高)链板中间受热发泡，链板运行速度为2m/min，发泡时间5至8分钟；然后进入炉子的干燥段。

发泡段发泡温度120度，热风温度120度；

干燥段热风温度260度；

干燥后的石墨烯蜜胺复合泡沫板经切割即可。

其中，产品密度37kg/m3，闭孔率95％，石墨烯分布均一。

至此，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。