一种单片氧化石墨烯/聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺水相复合材料及其制备方法技术

技术编号:15289835 阅读:114 留言:0更新日期:2017-05-10 16:56
本发明专利技术公开了一种单片氧化石墨烯/聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺水相复合材料及其制备方法,所述的水相复合材料是由单片氧化石墨烯水相分散液和聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺水溶液混合而成,其中,单片氧化石墨烯质量分数控制在0.1%~0.4%,聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺质量分数控制在1%~4%。本发明专利技术的水相复合材料应用于水泥基材如水泥砂浆或水泥混凝土领域时,不仅解决了单片氧化石墨烯在水泥砂浆或水泥混凝土中有效分散问题,还可大幅提高水泥砂浆或水泥混凝土的强度韧性,进而改善其高脆性,降低其劣化,最终达到提高水泥砂浆或水泥混凝土耐久性能目的。

Monolithic graphene oxide polyethylene glycol monomethyl ether methyl acrylamide aqueous phase composite material and preparation method thereof

The invention discloses a single graphene oxide / polyethylene glycol methyl acrylamide aqueous composite material and a preparation method thereof, aqueous composite material which is composed of a single graphene oxide aqueous dispersion and polyethylene glycol methyl acrylamide aqueous solution mixture, wherein the monolithic graphene oxide content control in 0.1% ~ 0.4% the mass fraction of methyl acrylamide, polyethylene glycol monomethyl ether control in 1% ~ 4%. The invention of the aqueous composite materials used in cement materials such as cement mortar or cement concrete, not only solves the problem of single graphene oxide effectively dispersed in cement mortar or cement concrete, but also can greatly improve the strength and toughness of cement mortar or cement concrete, thereby improving the high brittleness, reduce the deterioration, and ultimately to improve cement mortar or cement concrete durability purposes.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及建筑材料
,尤其涉及一种单片氧化石墨烯/聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺水相复合材料及其制备方法。
技术介绍
随着亚洲基础设施投资银行正式投入营运和国家“一带一路”战略的深入落实,加快了公路、桥梁、机场、隧道、铁道、水坝、海洋、港口及核电等重大工程项目的建设。水泥砂浆或水泥混凝土等因具有原料来源广泛、价格低廉、制作工艺简单等特点而成为亚洲乃至世界现代重大工程项目建设用量最大的建筑材料,尤其在国内,水泥砂浆或水泥混凝土用量已占到世界总用量的70%以上。随着现代重大工程项目在不断向大型化、复杂化和功能化转型,极大地推动了水泥基材的技术进步。如何降低水泥砂浆或水泥混凝土劣化、提高水泥砂浆或水泥混凝土耐久性能、改善水泥砂浆或水泥混凝土物理力学性能、保证水泥砂浆或水泥混凝土工程质量已成为现代水泥基材
的研究热点和衡量水泥基材技术进步的重要内容。水泥砂浆或水泥混凝土是一种复杂多相的脆性材料,其最大缺陷表现为高脆性及由此产生的大量微裂纹和渗透等问题,而高脆性及由此产生的微裂纹和渗透等缺陷很大程度上决定着水泥砂浆或水泥混凝土的耐久性行为。改善水泥砂浆或水泥混凝土的高脆性和最大限度地减少由此产生的微裂纹和渗透,是解决水泥砂浆或水泥混凝土劣化、提高水泥砂浆或水泥混凝土耐久性能根本所在。当前,克服水泥砂浆或水泥混凝土高脆性及由此产生的微裂纹和渗透,大多通过改进水泥砂浆或水泥混凝土原材料、采用不同配合比、掺合料、外加剂和制作工艺以及在水泥砂浆或水泥混凝土中添加增强材料或填充材料等方法来解决,虽然已取得一定效果,但也只是治标不治本,无法从根本上改变水泥砂浆或水泥混凝土微观结构,水泥砂浆或水泥混凝土的高脆性及由此产生的微裂纹和渗透等缺陷依然存在。氧化石墨烯是一种由稳定的C-C六元环构成的单层碳原子,在其单层分子结构上含有大量羧基、羟基、羰基、环氧基等含氧基团。氧化石墨烯因具有较大比表面积、较高强度和较强韧性等优异特性已被广泛应用于高分子复合材料的改性中,但氧化石墨烯对水泥基材如水泥砂浆或水泥混凝土的改性研究仍然鲜有报告。由于单片氧化石墨烯在添加量较低情况下,能够促使水泥砂浆或水泥混凝土中的水泥水化产物形成花朵状晶体,并向微裂纹等缺陷处生长,可及时“修补”水泥砂浆或水泥混凝土缺陷,不仅可以提高了水泥砂浆或水泥混凝土的抗压强度,更重要的是能够大幅提高水泥砂浆或水泥混凝土的拉伸和抗折强度,从而改善水泥砂浆或水泥混凝土高脆性,显著提高水泥砂浆或水泥混凝土韧性,这对降低水泥砂浆或水泥混凝土劣化、提高水泥砂浆或水泥混凝土耐久性能具有重要意义。单片氧化石墨烯由于具有极大比表面积,且片间又存在较大的分子间作用力而发生“聚集”。由于单片氧化石墨烯的“聚集”,将导致单片氧化石墨烯在水泥砂浆或水泥混凝土中难于均匀分散,从而限制了单片氧化石墨烯在水泥砂浆或水泥混凝土中的实际应用。研发和提供一种高分散的单片氧化石墨烯/聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺水相复合材料,不仅解决了单片氧化石墨烯在水泥砂浆或水泥混凝土中有效分散问题,而且还能充分发挥单片氧化石墨烯对水泥砂浆或水泥混凝土微观结构和强度韧性的调控作用。当在水泥砂浆或水泥混凝土中加入少量的该单片氧化石墨烯/聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺水相复合材料后,利用单片氧化石墨烯的结构与性能,通过对水泥水化晶体形状和排列方式进行调控,不仅改善了水泥砂浆或水泥混凝土的高脆性,而且提高了水泥砂浆或水泥混凝土的强度韧性等性能。
技术实现思路
为了解决现有的水泥砂浆或水泥混凝土存在的强度、韧性、脆性不佳的问题,本专利技术的首要目的是提供一种高分散的单片氧化石墨烯/聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺水相复合材料,当该水相复合材料应用于水泥砂浆或水泥混凝土时,不仅可保持单片氧化石墨烯在水泥砂浆或水泥混凝土中的有效分散,还可大幅提高水泥砂浆或水泥混凝土强度韧性,改善其高脆性,降低其劣化,以达到提高其使用寿命的目的。本专利技术第二目的在于提供上述高分散的单片氧化石墨烯/聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺水相复合材料的制备方法。在25℃下,往装有自制单片氧化石墨烯水相分散液反应器中缓慢滴加自制聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺水溶液,启动机械搅拌装置进行剧烈搅拌,待搅拌混合均匀后即可制得高分散的单片氧化石墨烯/聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺水相复合材料。该制备工艺过程快速、简单,制备原料来源丰富、价格低廉,环保无污染,又能很好实现单片氧化石墨烯在聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺水溶液中的均匀分散。本专利技术采取的技术方案是:本专利技术的单片氧化石墨烯/聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺水相复合材料是由单片氧化石墨烯水相分散液和聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺水溶液混合而成,其中,单片氧化石墨烯质量分数控制在0.1%~0.4%,聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺质量分数控制在1%~4%。所述的水相复合材料的分散状态如式(Ⅰ)所示:本专利技术的单片氧化石墨烯/聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺水相复合材料的制备方法的具体步骤如下:在25℃下,用去离子水分别配制单片氧化石墨烯水相分散液和聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺水溶液备用;在25℃下,往反应器中加入预先配制的单片氧化石墨烯水相分散液,启动机械搅拌装置,匀速滴加聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺水溶液,滴加完毕后继续剧烈搅拌,待搅拌混合均匀后即可制得高分散的单片氧化石墨烯/聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺水相复合材料。单片氧化石墨烯/聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺水相复合材料的制备机制如式(Ⅱ)所示:每总质量为100份的单片氧化石墨烯、聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺和去离子水中,单片氧化石墨烯为0.1~0.4质量份,聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺为1~4质量份,其余为去离子水。聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺水溶液滴加时间为30~120min。聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺水溶液滴加完毕后继续剧烈搅拌时间0.5~2.0h。所述的单片氧化石墨烯水相分散液是由单片氧化石墨烯及水组成,该单片氧化石墨烯的化学结构如式(Ⅲ)所示:单片氧化石墨烯水相分散液的制备方法具体步骤如下:称取天然鳞片状石墨原料加入到装有浓硫酸和浓磷酸混合液的反应器内,开启机械搅拌装置并控制反应器内温度在0℃~3℃,搅拌5~15h,优选是10h,待天然鳞片状石墨与浓硫酸和浓磷酸混合液充分浸润后,缓慢加入高锰酸钾,依次在0℃~3℃低温下搅拌反应1~2h和在35℃~50℃中温下搅拌反应10~40h;然后加入去离子水,升温,待温度升至70℃~100℃,搅拌反应0.5h,再缓慢滴加过氧化氢,待滴加完毕后,在70℃~100℃下继续搅拌反应0.5h;反应结束后趁热过滤、洗涤、调节pH=6.0~7.0、超声剥离处理,即得单片氧化石墨烯水相分散液。聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺的化学结构如式(Ⅳ)所示:n为21或35;聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺水溶液的制备方法具体步骤如下:在30℃下,称取甲基丙烯酰胺单体和聚乙二醇单甲醚单体,以二甲基甲酰胺为溶剂,配制质量分数为40%的甲基丙烯酰胺和聚乙二醇单甲醚混合单体二甲基甲酰胺溶液备用;将预先配制的甲基丙烯酰胺和聚乙二醇单甲醚混合单体二甲基甲酰胺备用溶液加入到反应器中,启动磁力搅拌装置,然后在氮气保护下加入阻聚剂和引发剂,继续通氮去氧,待温度升至30℃~60℃时,在无氧无水条件下磁力搅拌本文档来自技高网
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一种<a href="http://www.xjishu.com/zhuanli/27/201610936790.html" title="一种单片氧化石墨烯/聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺水相复合材料及其制备方法原文来自X技术">单片氧化石墨烯/聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺水相复合材料及其制备方法</a>

【技术保护点】
一种单片氧化石墨烯/聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺水相复合材料,其特征在于:所述的水相复合材料是由单片氧化石墨烯水相分散液和聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺水溶液混合而成,其中,单片氧化石墨烯质量分数控制在0.1%~0.4%,聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺质量分数控制在1%~4%。

【技术特征摘要】
1.一种单片氧化石墨烯/聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺水相复合材料,其特征在于:所述的水相复合材料是由单片氧化石墨烯水相分散液和聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺水溶液混合而成,其中,单片氧化石墨烯质量分数控制在0.1%~0.4%,聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺质量分数控制在1%~4%。2.如权利要求1所述的单片氧化石墨烯/聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺水相复合材料,其特征在于:所述的水相复合材料的分散状态如式(Ⅰ)所示:3.一种制备如权利要求1或2所述的单片氧化石墨烯/聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺水相复合材料的方法,其特征在于:所述方法的具体步骤如下:在25℃下,用去离子水分别配制单片氧化石墨烯水相分散液和聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺水溶液备用;在25℃下,往反应器中加入预先配制的单片氧化石墨烯水相分散液,启动机械搅拌装置,匀速滴加聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺水溶液,滴加完毕后继续剧烈搅拌,待搅拌混合均匀后即可制得高分散的单片氧化石墨烯/聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺水相复合材料。4.如权利要求3所述的制备方法,其特征在于:每总质量为100份的单片氧化石墨烯、聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺和去离子水中,单片氧化石墨烯为0.1~0.4质量份,聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺为1~4质量份,其余为去离子水。5.如权利要求3所述的制备方法,其特征在于:聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺水溶液滴加时间为30~120min。6.如权利要求3所述的制备方法,其特征在于:聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酰胺水溶液滴加完毕后继续剧烈搅拌时间0.5~2.0h。7.如权利要求3所述的制备方法,其特征在于:所述的单片氧化石墨烯水相分散液是由单片氧化石墨烯及...

【专利技术属性】
技术研发人员:陈宝璠卓玲
申请(专利权)人:黎明职业大学
类型:发明
国别省市:福建;35

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