基于石墨烯的防辐射沥青材料的制备方法技术

本发明专利技术属于材料技术领域，涉及基于石墨烯的防辐射沥青材料制备方法。该方法包括以下步骤：(1)将石墨分散于分散剂中，利用直接液相剥离法制备石墨烯纳米片分散液；(2)将上述石墨烯纳米片分散液与沥青、添加剂混合，加热、搅拌使其均匀混合；(3)将混合均匀的石墨烯沥青混合液在外加磁场下进行降温冷却。本发明专利技术方法制备的材料内部石墨烯定向排布，且二维石墨烯平面垂直于有害射线的入射方向，使得有害射线在平行石墨烯面间进行多次能量衰减反射，直至有害射线的能量耗尽，可对95％以上的有害射线进行阻碍。

Preparation of Radiation-proof Asphalt Material Based on Graphene

The invention belongs to the technical field of materials, and relates to the preparation method of radiation-proof asphalt material based on graphene. The method comprises the following steps: (1) dispersing graphite in dispersant and preparing graphene nanosheet dispersion solution by direct liquid phase stripping; (2) mixing the graphene nanosheet dispersion solution with asphalt and additives, heating and stirring to make it mix evenly; (3) cooling the mixture of uniform graphene asphalt mixture under an applied magnetic field. The material prepared by the method of the present invention is directionally arranged with graphene, and the two-dimensional graphene plane is perpendicular to the incident direction of harmful rays, so that harmful rays can be reflected by multiple energy attenuation between parallel graphene planes until the energy of harmful rays is exhausted, which can hinder more than 95% of harmful rays.

【技术实现步骤摘要】
基于石墨烯的防辐射沥青材料的制备方法
本专利技术属于材料
，涉及定向石墨烯材料，具体涉及基于石墨烯的防辐射沥青材料的制备方法。
技术介绍
辐射分为电磁辐射和核辐射。核辐射主要有钴-60、铯-137、铱-192源等产生的γ射线；kr-85源等产生的β射线；241Am-Be源、24Na-Be源、124Sb-Be源及能量超过10M的电子加速器产生的中子射线；非密封源所产生的的β、α射线；各种工业用、医疗用X射线设备产生的χ射线等。随着核能和核技术在工农业生产、医疗卫生、科学研究和国防中的大量应用，受照射的人员越来越多，辐射的危害已不容忽视。长期受核辐射照射，会使人体产生不适，严重的可造成人体器官和系统的损伤，导致各种疾病的发生，如：白血病、再生障碍性贫血、各种肿瘤、眼底病变、生殖系统疾病、早衰等。石墨烯作为一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角形蜂窝状晶格结构的二维晶体薄膜，仅有一个碳原子厚度，因其具有优异的物理及化学性能和潜在的应用而成为国内外研究的热点。中国专利CN201810358856.4公开了一种石墨烯改性的建筑沥青机及其制备方法，石墨烯经过改性后能够显著改善其分散性，添加石墨烯制备的建筑沥青，具有强度高，韧性性能较好，热储存稳定性性能较好的优点。在沥青中添加石墨烯，能够对沥青的物理、化学性质产生特殊的作用，从而全面改善沥青性能。但是，沥青中添加石墨烯的配比和工艺条件，会影响石墨烯改性沥青的性能。目前石墨烯在建筑领域的应用多为石墨烯涂层。中国专利CN201810556508.8公开了一种含有石墨烯的墙面涂料，对石墨烯进行表面改性处理后分散于涂料中，并添加金属粉末发挥防辐射的功能，适合用于建筑外墙或内墙的表面防护。但是这种墙面涂料容易出现老化剥落的情况，并不适用于长期充斥电磁辐射的空间场所。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提出了基于石墨烯的防辐射沥青材料的制备方法，应用于核电站、医院、变压器、信号塔等等辐射量较大场所的建筑物顶部，大幅度阻碍有害射线穿透建筑材料而进入到人体内。本专利技术是采用以下的技术方案实现的：一种基于石墨烯的防辐射沥青材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将石墨分散于分散剂中，于分散液中剥离石墨制备石墨烯纳米片分散液；(2)将步骤(1)制得的石墨烯纳米片分散液与沥青、添加剂混合，加热、搅拌使其均匀混合；(3)将步骤(2)制得的石墨烯沥青混合液进行降温，降温时外加磁场，磁场方向平行于降温冷却的石墨烯沥青混合液平面，出料。具体地，所述石墨为高定向热解石墨鳞片，高定向热解石墨鳞片于分散液中的浓度为1～1.5g/mL。所述分散剂为N-甲基吡咯烷酮，所述石墨烯纳米片为非氧化石墨烯的层状堆积体。所述石墨烯纳米片分散液占石墨烯沥青混合液总量1～5wt％，添加剂占总量0.5～2wt％，其余为沥青，以上组分质量百分比之和为100％。所述添加剂为硅烷偶联剂，包括氨基硅烷偶联剂或、氧硅烷偶联剂中的一种或两种以上，具体包括3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、N-2-(氨基乙基)-3-3氨基丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种或两种以上。所述步骤(2)中加热温度150℃～200℃，搅拌速度30～60r/min，搅拌时间0.5～1.5h。所述步骤(3)中外加磁场强度1～3T，降温温度为60℃～90℃，出料温度为60～90℃。进一步地，将石墨烯纳米片分散液与沥青、添加剂加入配套加工装置，加热搅拌混匀后，在出料管道对石墨烯沥青混合液进行降温冷却、出料涂覆在建筑物表面，在冷却过程中受定向磁场调节。所述配套加工装置包括混合部、出料部和感应线圈；所述混合部包括搅拌釜，搅拌釜顶部设置有两个加料口，分别为加料口和加料口；搅拌釜顶部中心设置有一个搅拌电机，搅拌电机通过传动轴与搅拌器转动连接，搅拌器位于搅拌釜内部；搅拌釜侧壁外周设置有一个加热器；所述出料部位于混合部下方，包括出料管道、阀门和保温层，出料管道为弯折管道，一端为垂直管道，一端为水平管道；出料管道的垂直管道端与搅拌釜底部连通，连接处设置有阀门；出料管道的水平管道端外缠绕有感应线圈；阀门和感应线圈之间的出料管道外周包裹有保温层。本专利技术利用石墨烯具有抗磁性，在定向磁场作用可实现定向排布的特性，同时结合石墨烯面对有害射线的反射作用，而阻碍有害射线穿透材料基体，起到保护人体不受伤害的目的。与现有技术相比，本专利技术取得的有益效果是：(1)本专利技术区别于其它基于石墨烯的建筑材料，将二维石墨烯材料嵌入材料内部，再利用石墨烯的性质发挥其防辐射能力。(2)本专利技术方法制备的材料内部石墨烯定向排布，且二维石墨烯平面垂直于有害射线的入射方向，使得有害射线在平行石墨烯面间进行多次能量衰减反射，直至有害射线的能量耗尽，可对95％以上的有害射线进行阻碍。附图说明图1是本专利技术一较佳实施方式中的配套加工装置使用状态示意图；图中各标记如下：1加料口、2搅拌釜、3加热器、4阀门、5保温层、6出料管道、7感应线圈、8防辐射沥青材料、9建筑物顶部、10搅拌电机、11传动轴、12搅拌器、13石墨烯沥青混合液、14加料口。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术的方法进行说明，但本专利技术并不局限于此。下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，均采用分析纯试剂，如无特殊说明，均可从商业途径获得。沥青为70#基质沥青。对比例1中石墨烯纳米片购自上海函朗新材料科技有限公司，单层片径0.2～10μm，分散后单层率>95％。实施例如图1所示，为本实施例的石墨烯沥青的配套加工装置，包括：混合部、出料部和感应线圈7；所述混合部包括搅拌釜2，搅拌釜2顶部设置有两个加料口，分别为加料口1和加料口14；搅拌釜2顶部中心设置有一个搅拌电机10，搅拌电机10通过传动轴11与搅拌器12连接，搅拌器12通过传动轴11悬挂于搅拌釜2内部；搅拌釜2侧壁外周设置有一个加热器3；所述出料部位于混合部下方，包括出料管道6、阀门4和保温层5，出料管道6为弯折管道，一端为垂直管道，一端为水平管道；出料管道6的垂直管道端与搅拌釜2底部连通，连接处设置有阀门4；出料管道6的水平管道端外缠绕有感应线圈7；阀门4和感应线圈7之间的出料管道6外周包裹有保温层5。一、制备石墨烯沥青实施例1(1)将100mg石墨鳞片加入少量乙醇中清洗数次，洗去杂质，再将洗静后的石墨鳞片和10g聚乙烯吡咯烷酮一并加入100mL的N-甲基吡咯烷酮中，连续超声48小时，静置后取上层，在7000rpm下离心1小时，吸取清液后继续超声12小时，获得石墨烯分散液，质量浓度为3.0mg/mL。(2)分别称取含有石墨烯纳米片的分散液、沥青和3-氨基丙基三乙氧基硅烷，质量百分比为3wt％:96wt％:1wt％；(3)将含石墨烯纳米片的分散液与沥青分别通过加料口1和加料口14加到搅拌釜2中，通过加热器3对其进行加热，当加热到150℃～200℃时，启动搅拌电机10，搅拌电机10通过传动轴11带动搅拌器12对石墨烯沥青混合液13进行搅拌，搅拌速率45r/min，搅拌时间0.5h；(4)打开搅拌釜2的出料管道6的阀门4，使得石墨烯沥青混合液13在保温层5的作用下通过出料管道6流经感应线圈7所环绕的区域，该区域在感应线圈7的作用下会本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于石墨烯的防辐射沥青材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将石墨分散于分散剂中，于分散液中剥离石墨制备石墨烯纳米片分散液；(2)将步骤(1)制得的石墨烯纳米片分散液与沥青、添加剂混合，加热、搅拌使其均匀混合；(3)将步骤(2)制得的石墨烯沥青混合液在外加磁场下进行降温，磁场方向平行于降温冷却的石墨烯沥青混合液平面，出料。

【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯的防辐射沥青材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将石墨分散于分散剂中，于分散液中剥离石墨制备石墨烯纳米片分散液；(2)将步骤(1)制得的石墨烯纳米片分散液与沥青、添加剂混合，加热、搅拌使其均匀混合；(3)将步骤(2)制得的石墨烯沥青混合液在外加磁场下进行降温，磁场方向平行于降温冷却的石墨烯沥青混合液平面，出料。2.根据权利要求1所述的基于石墨烯的防辐射沥青材料的制备方法，其特征在于，所述石墨为高定向热解石墨鳞片，高定向热解石墨鳞片于分散液中的初始浓度为1～1.5g/mL。3.根据权利要求2所述的基于石墨烯的防辐射沥青材料的制备方法，其特征在于，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮，所述石墨烯纳米片为非氧化石墨烯的层状堆积体。4.根据权利要求3所述的基于石墨烯的防辐射沥青材料的制备方法，其特征在于，所述石墨烯纳米片分散液占石墨烯沥青混合液总量1～5wt％，添加剂占总量0.5～2wt％，其余为沥青，以上组分质量百分比之和为100％。5.根据权利要求4所述的基于石墨烯的防辐射沥青材料的制备方法，其特征在于，所述添加剂为硅烷偶联剂，包括氨基硅烷偶联剂或、氧硅烷偶联剂中的一种或两种以上。6.根据权利要求5所述的基于石墨烯的防辐射沥青材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中加热温度150℃～200℃，搅拌速度30～60r/min，搅拌时间0.5～1.5h。7.根据权利要求7所述的基于石墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：董豪聪，李俊竺，田博，王洪炜，姜小川，
申请(专利权)人：厦门十一维科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35