水泥基导电复合材料、制备方法及应用技术

技术编号:14382487 阅读:114 留言:0更新日期:2017-01-10 10:10
本发明专利技术涉及材料领域,涉及水泥基导电复合材料,特别涉及含有碳纳米管负载聚吡咯导电填料的水泥基导电复合材料。本发明专利技术制备了具有良好导电性能和水溶性能的碳纳米管负载聚吡咯导电填料,并将其添加到水泥基体中,得到具有良好导电性能、自感知性能和力学性能的复合材料。利用水性聚吡咯可以在碱性环境下导电的特性,将其负载到碳纳米管表面,使不同碳纳米管之间相互联接,形成水性聚吡咯‑碳纳米管双重导电通道的空间导电网络,其电导率比相同碳纳米管含量的水泥基复合材料提高7‑10倍,且成本低廉。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料领域,具体涉及水泥基导电复合材料,尤其涉及一种含有碳纳米管负载水性聚吡咯的水泥基导电复合材料。
技术介绍
自感知水泥基复合材料是一种集结构和传感功能于一身的智能水泥基复合材料,通过在普通水泥基体中添加适当掺量的导电填料,并采用一定的工艺使填料分散在基体中而制成。在力场的作用下,复合材料中的微观结构发生变化,使导电通路受到影响,从而导致其电阻率发生有规律的改变,具有压敏和拉敏两种感知特性。目前应用较多的导电填料有炭黑、碳纤维、碳纳米管、钢纤维、钢渣等,这些导电填料可以在水泥基体中形成导电通路,改善复合材料的电学性能,其中又以碳基导电填料的改性效果最好。但是炭黑属于颗粒状的导电填料,少量添加难以有效提高复合材料的电学性能,含量过高又会降低复合材料的力学强度。碳纤维、碳纳米管虽然可以同时提高复合材料的导电性能和力学性能,但是由于成本过高,不利于作为填料大量填充,其复合材料产品也不适合大规模使用。高分子导电聚合物具有导电性能优异、成本低廉、适合大规模制备等特点,同时由于导电聚合物属于纳米级尺度,经过良好分散后会有效提高填充效率,只需要少量填充就可以在基体中形成大规模的导电网络。但是目前关于导电聚合物作为导电填料,制备水泥基复合材料的工作还尚未见诸报道,究其原因有以下方面:①水泥属于碱性环境,而聚苯胺等导电聚合物需要在酸性条件下才具有较好的电学性能;②导电高分子一般都不溶于水,且具有疏水性,难以在水泥基体中分散,会在基体中大量团聚,不但不能提高复合材料的导电性能,反而会降低其力学性能。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中的不足,通过原位聚合法在碳纳米管表面负载了具有良好导电性能和亲水性能的聚吡咯导电高分子,并将其作为导电填料添加到水泥基体中,制成了具有良好导电性能、自感知性能和力学性能的复合材料。本专利技术一方面提供了含有碳纳米管负载聚吡咯导电填料的水泥基导电复合材料,其由碳纳米管负载聚吡咯导电填料和水泥组成;所述碳纳米管负载聚吡咯导电填料的制备方法包括如下步骤:取经过提纯的吡咯单体于圆底烧瓶,分别加入碳纳米管和木质素磺酸钠水溶液,冰水浴搅拌条件下,逐滴加入FeCl3水溶液,室温搅拌条件下反应8-12小时,经抽滤、烘干、研磨制成碳纳米管负载聚吡咯导电填料。优选的,所述提纯的吡咯单体,木质素磺酸钠,FeCl3的摩尔比为吡咯单体:木质素磺酸钠:FeCl3=0.007-0.03:0.005-0.02:0.005-0.02;优选的,所述提纯的吡咯单体加入量为0.5-2.0ml;优选的,木质素磺酸钠水溶液的浓度1-2mol/L,加入量为5-10ml;优选的,FeCl3水溶液的浓度1-2mol/L,加入量为5-10ml;优选的,所述碳纳米管的加入量为0.8-1.0g。本专利技术的另一方面提供了含有碳纳米管负载聚吡咯的水泥基导电复合材料的制备方法,包括如下步骤:称取一定量的碳纳米管负载聚吡咯导电填料,超声分散于蒸馏水中,加入到含有水泥的净桨搅拌器内,慢速搅拌120秒后暂停15秒转到中高速搅拌120秒;将搅拌好的水泥基复合材料浇筑到模具中,经过振捣、蒸汽养护工艺,制成含有碳纳米管负载聚吡咯的水泥基导电复合材料。优选的,所述蒸馏水的用量为10-20mL;优选的,所述水泥为波特兰425水泥;优选的,所述水泥的用量为1300-1500g。本专利技术的又一方面提供了所述的含有碳纳米管负载聚吡咯的水泥基导电复合材料在建筑在线监测、交通智能监测、室内取暖与户外融冰化学等
中的应用。本专利技术的有益效果是:1、将具有亲水性的导电聚吡咯负载到碳纳米管表面作为导电填料,利用聚吡咯高分子的亲水性能,可以将碳纳米管均匀分散在水泥基体中,解决了碳纳米管在水泥基体中的分散性问题。2、利用聚吡咯可以在碱性环境下导电的特性,将其负载到碳纳米管表面,使不同碳纳米管之间相互联接,形成聚吡咯-碳纳米管双重导电通道的空间导电网络,其电导率比相同碳纳米管含量的水泥基复合材料提高7-10倍。3、聚吡咯导电聚合物的成本低廉,其价格仅为相同质量碳纳米管的1/20-50,可以通过引入聚吡咯来降低碳纳米管的用量,甚至在一定程度上成为碳纳米管导电填料的替代品。4、与碳纳米管水泥复合材料相比,在相同碳纳米管含量下,添加水性聚吡咯的复合材料抗压强度出现显著提高。5、本专利技术的导电复合材料具有导电性能优异、造价低廉、耐久性强、与混凝土材料具有天然的兼容性等特点,具有良好的压敏特性和电-热性能,在建筑在线监测、交通智能监测、室内取暖与户外融冰化学等
可以广泛应用。附图说明附图1:碳纳米管(a)与碳纳米管负载聚吡咯(b)疏水角测试附图2:碳纳米管负载聚吡咯的水泥基导电复合材料电阻率随填料掺量变化曲线具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的一实施例提供了一种含有碳纳米管负载聚吡咯的水泥基导电复合材料,由碳纳米管负载聚吡咯导电填料和水泥组成;碳纳米管负载聚吡咯导电填料的制备方法包括:取经过提纯的吡咯单体于圆底烧瓶,分别加入碳纳米管和木质素磺酸钠水溶液,冰水浴搅拌条件下,逐滴加入FeCl3水溶液,室温搅拌条件下反应8-12小时,经抽滤、烘干、研磨制成碳纳米管负载聚吡咯导电填料。可以理解的是,在本专利技术实施例的上述步骤中,圆底烧瓶为可容纳上述反应的任意体积的烧瓶,优选的烧瓶容量为250ml。如需其它规格的烧瓶,本领域技术人员可根据上述确定的体积进行调整。在本专利技术的一实施例中,取经过提纯的吡咯单体0.5-2.0ml于圆底烧瓶,加入0.5-2.0g碳纳米管,加入木质素磺酸钠水溶液,冰水浴搅拌条件下,逐滴加入FeCl3水溶液,室温搅拌条件下反应8-12小时,经抽滤、烘干、研磨制成碳纳米管负载聚吡咯导电填料,提纯的吡咯单体,木质素磺酸钠,FeCl3的摩尔比为吡咯单体:木质素磺酸钠:FeCl3=0.007-0.03:0.005-0.02:0.005-0.02;具体的,吡咯单体的量可以为0.5,0.75,1.0,1.25,1.5,1.75,2.0ml。具体的,碳纳米管的加入量可以为0.5,1.0,1.5,2.0g。具体的,木质素磺酸钠水溶液的浓度可以是1-2mol/L,更具体的,浓度可以为1.0,1.1,1.2,1.3,1.4,1.5,1.6,1.7,1.8,1.9,2.0mol/L;加入量可以为5-10ml,更具体的,加入量可以为5,6,7,8,9,10ml。具体的,FeCl3水溶液的浓度可以是1-2mol/L,更具体的,浓度可以为1.0,1.1,1.2,1.3,1.4,1.5,1.6,1.7,1.8,1.9,2.0mol/L;加入量可以是5-10ml,更具体的,加入量可以为5,6,7,8,9,10ml。具体的,反应时间可以为8,9,10,11,12h。该步骤制备得到的碳纳米管负载聚吡咯导电填料分散性能好,但不局限于上述参数,本领域技术人员可以调整上述参数得到碳纳米管负载的聚吡咯。本专利技术的另一实施例提供了含有碳纳米管负载聚吡咯导电填料的水泥基导电复合材料制备方法,本文档来自技高网
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<a href="http://www.xjishu.com/zhuanli/25/201610634220.html" title="水泥基导电复合材料、制备方法及应用原文来自X技术">水泥基导电复合材料、制备方法及应用</a>

【技术保护点】
水泥基导电复合材料,其特征在于,由碳纳米管负载聚吡咯导电填料和水泥组成;所述碳纳米管负载聚吡咯导电填料的制备方法包括:取经过提纯的吡咯单体于圆底烧瓶,分别加入碳纳米管和木质素磺酸钠水溶液,冰水浴搅拌条件下,逐滴加入FeCl3水溶液,室温搅拌条件下反应8‑12小时,经抽滤、烘干、研磨制成碳纳米管负载聚吡咯导电填料。

【技术特征摘要】
1.水泥基导电复合材料,其特征在于,由碳纳米管负载聚吡咯导电填料和水泥组成;所述碳纳米管负载聚吡咯导电填料的制备方法包括:取经过提纯的吡咯单体于圆底烧瓶,分别加入碳纳米管和木质素磺酸钠水溶液,冰水浴搅拌条件下,逐滴加入FeCl3水溶液,室温搅拌条件下反应8-12小时,经抽滤、烘干、研磨制成碳纳米管负载聚吡咯导电填料。2.根据权利要求1所述的水泥基导电复合材料,其特征在于,所述提纯的吡咯单体加入量为0.5-2.0ml;所述碳纳米管的加入量为0.5-2.0g。3.根据权利要求1所述的水泥基导电复合材料,其特征在于,所述提纯的吡咯单体:木质素磺酸钠:FeCl3的摩尔比为0.007-0.03:0.005-0.02:0.005-0.02。4.权利要求1-3任一项所述的水泥基导电复合材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:取经过提纯的吡咯单体于圆底烧瓶,分别加入碳纳米管和木质素磺酸钠水溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员:冯超万菲刘强蔡祥钟丽杰
申请(专利权)人:青岛理工大学
类型:发明
国别省市:山东;37

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