一种石墨烯增强电气石改性沥青材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种石墨烯增强电气石改性沥青材料及其制备方法，包括以下材料制成：基质沥青和第二分散剂，还包括石墨烯增强电气石；所述的石墨烯增强电气石的制备过程为：首先用偶联剂对电气石粉体进行修饰，得到偶联剂修饰的电气石粉体，用第一分散剂对石墨烯进行修饰，得到高浓度稳定石墨烯分散液；然后通过微波合成法将偶联剂修饰的电气石粉体和高浓度稳定石墨烯分散液复合，制成石墨烯增强电气石。本发明专利技术制备的石墨烯增强电气石，部分石墨烯堆叠覆盖在电气石表面，形成三维外延结构，使电气石粉末容易均匀稳定的分散在沥青中，本发明专利技术制备的石墨烯增强电气石改性沥青材料，明显降低了沥青的老化速度。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯增强电气石改性沥青材料及其制备方法
本专利技术属于工程材料领域，涉及改性沥青材料，具体涉及一种石墨烯增强电气石改性沥青材料及其制备方法。
技术介绍
电气石又名托玛琳(tourmaline)，是以含B、Al、Na、Fe、Mg、Li的环状结构硅酸盐矿物。其晶体结构为柱状三方晶系，晶体两端晶面不同，晶面常出现纵纹，并具有压电性、热电性、永久性自发极化效应、发射远红外线、释放负离子等功能。电气石凭借其优良的特性已被广泛的应用于医学、环境、道路等工程领域。现有技术公开了一种低碳电气石改性沥青及其制备方法，并将其应用于道路沥青路面。利用电气石的热电性将路面内部热能转化为电能，降低了高温时沥青路面峰值温度，一定程度上缓解了道路车辙病害的产生，延缓了沥青的老化速度，从而延长道路的使用寿命。但电气石粉体是无机粉体，在与沥青混合时，存在难分散均匀的问题。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本专利技术的目的在于，提供一种石墨烯增强电气石改性沥青材料及其制备方法，解决现有技术中单纯用电气石改性沥青时由于分散不均匀而导致的老化性能不佳的技术问题，旨在进一步增强改性沥青材料的老化性能。为了解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案予以实现：一种石墨烯增强电气石改性沥青材料，包括以下材料制成：基质沥青和第二分散剂，还包括石墨烯增强电气石；所述的石墨烯增强电气石的制备过程为：首先用偶联剂对电气石粉体进行修饰，得到偶联剂修饰的电气石粉体，用第一分散剂对石墨烯进行修饰，得到高浓度稳定石墨烯分散液；然后通过微波合成法将偶联剂修饰的电气石粉体和高浓度稳定石墨烯分散液复合，制成石墨烯增强电气石。本专利技术还具有如下区别技术特征：以重量份数计，由以下材料制成：基质沥青为100份、石墨烯增强电气石为5～30份，第二分散剂为0.1～0.8份。所述的偶联剂为十二酰胺硼酸二乙醇胺酯偶联剂；所述的第一分散剂为聚乙烯吡咯烷酮；所述的第二分散剂为十二烷基苯磺酸钠。所述的偶联剂修饰的电气石粉体的制备过程为：将偶联剂和电气石粉体按照质量比1：40加入到无水乙醇中，在30℃条件下，超声分散3h，烘干，球磨成粉末，制得偶联剂修饰的电气石粉体。所述的高浓度稳定石墨烯分散液的制备过程为：将第一分散剂和石墨烯按照质量比1：30加入到无水乙醇中，在45℃条件下，超声分散5h，静置，取上层液，制得浓度达3～5mg/L的高浓度稳定石墨烯分散液。所述的微波合成法的工艺条件为：将偶联剂修饰的电气石粉体加入到高浓度稳定石墨烯分散液中，其中电气石粉体与石墨烯的质量比为(9～332)：1；调节pH值为7～9，置于微波反应器中，在60～65℃条件下，振荡反应50～60min，然后烘干，制得石墨烯增强电气石。优选的，电气石粉体与石墨烯的质量比为15.7：1；调节pH值为7，置于微波反应器中，在60℃条件下，振荡反应50min。所述的石墨烯增强电气石改性沥青材料的制备方法为：将基质沥青加热到150±5℃，然后将石墨烯增强电气石分批加入到基质沥青中，加入第二分散剂，采用高速剪切仪，1200转/分钟搅拌10分钟，4000转/分钟搅拌30分钟，1200转/分钟搅拌10分钟，制得石墨烯增强电气石改性沥青材料。一种石墨烯增强电气石改性沥青材料的制备方法，所述的石墨烯增强电气石改性沥青材料，以重量份数计，由以下材料制成：基质沥青为100份、石墨烯增强电气石为5～30份，第二分散剂为0.1～0.8份；该方法包括以下步骤：步骤一，将偶联剂和电气石粉体按照质量比1：40加入到无水乙醇中，在30℃条件下，超声分散3h，烘干，球磨成粉末，制得偶联剂修饰的电气石粉体；步骤二，将第一分散剂和石墨烯按照质量比1：30加入到无水乙醇中，在45℃条件下，超声分散5h，静置，取上层液，制得浓度达3～5mg/L的高浓度稳定石墨烯分散液；步骤三，将偶联剂修饰的电气石粉体加入到高浓度稳定石墨烯分散液中，其中电气石粉体与石墨烯的质量比为(9～332)：1；调节pH值为7～9，置于微波反应器中，在60～65℃条件下，振荡反应50～60min，然后烘干，制得石墨烯增强电气石；步骤四，将基质沥青加热到150±5℃，然后将石墨烯增强电气石分批加入到基质沥青中，加入第二分散剂，采用高速剪切仪，1200转/分钟搅拌10分钟，4000转/分钟搅拌30分钟，1200转/分钟搅拌10分钟，制得石墨烯增强电气石改性沥青材料。本专利技术与现有技术相比，有益的技术效果是：(Ⅰ)本专利技术制备的制备的石墨烯增强电气石，部分石墨烯堆叠覆盖在电气石表面，形成三维外延结构，使电气石粉末容易均匀稳定的分散在沥青中。本专利技术制备的石墨烯增强电气石改性沥青材料，明显降低了沥青的老化速度。(Ⅱ)本专利技术制备的石墨烯增强电气石不仅仅是简单的物理共混，在微波催化环境下，部分单层石墨烯晶片通过电气石三方晶系纵纹进入其晶体层间，并在晶界间形成石墨烯层连续网络,且碳原子与电气石中的硼形成稳定的碳硼键。部分石墨烯堆叠覆盖在电气石表面，形成三维外延结构。(Ⅲ)本专利技术用十二酰胺硼酸二乙醇胺酯修饰电气石，降低了电气石粉末表面能，解决了微米级电气石粉末易发生团聚问题，使其更均匀稳定的分散在无水乙醇中。(Ⅳ)石墨烯电导率高且结构中含有大量的边界点，石墨烯在电气石晶体层间形成的连续网络，降低了电气石自发极化时载流子迁移的阻抗，加速载流子迁移率，且石墨烯平面有效的分离载流子，抑制了载流子的复合，延长了载流子的寿命，增加载流子的浓度，从而提高热电转化效率。附图说明图1是石墨烯增强电气石的红外光谱图。图2是石墨烯增强电气石的XRD图谱。图3是石墨烯增强电气石在沥青中分散的SEM图谱。以下结合附图和实施例对本专利技术的具体内容作进一步详细解释说明。具体实施方式为进一步增强电气石的热电性能，提高其热电转化效率，增大电气石改性沥青的降温功效、增强电气石改性沥青的抗老化性能、改善电气石与沥青的相容性，基于此本专利技术提出先运用具有优异电学性能的石墨烯增强电气石，在用石墨烯增强电气石改性沥青材料的技术方案。以下给出本专利技术的具体实施例，需要说明的是本专利技术并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本专利技术的保护范围。实施例1：本实施例给出一种石墨烯增强电气石改性沥青材料，以重量份数计，由以下材料制成：基质沥青为100份、石墨烯增强电气石为5份，第二分散剂为0.1份。偶联剂为十二酰胺硼酸二乙醇胺酯偶联剂。第一分散剂为聚乙烯吡咯烷酮。第二分散剂为十二烷基苯磺酸钠。本实施例的石墨烯增强电气石改性沥青材料的制备方法包括以下步骤：步骤一，与实施例4的步骤一相同。步骤二，将第一分散剂和石墨烯按照质量比1：30加入到无水乙醇中，在45℃条件下，用KQ-1000KDE型高功率数控超声波清洗器超声分散5h，静置，取上层液，制得浓度达4mg/L的高浓度稳定石墨烯分散液；步骤三，将265mg偶联剂修饰的电气石粉体加入到200mL高浓度稳定石墨烯分散液中，其中电气石粉体与石墨烯的质量比为332：1；调节pH值为7，置于微波反应器中，在60℃条件下，振荡反应50min，然后烘干，制得石墨烯增强电气石；步骤四，与实施例4的步骤四相同。本实施例制得的石墨烯增强电气石结构表征结果与实施例4相同。实施例2：本实施例给出一种石墨烯增强电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯增强电气石改性沥青材料，包括以下材料制成：基质沥青和第二分散剂，其特征在于，还包括石墨烯增强电气石；所述的石墨烯增强电气石的制备过程为：首先用偶联剂对电气石粉体进行修饰，得到偶联剂修饰的电气石粉体，用第一分散剂对石墨烯进行修饰，得到高浓度稳定石墨烯分散液；然后通过微波合成法将偶联剂修饰的电气石粉体和高浓度稳定石墨烯分散液复合，制成石墨烯增强电气石。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯增强电气石改性沥青材料，包括以下材料制成：基质沥青和第二分散剂，其特征在于，还包括石墨烯增强电气石；所述的石墨烯增强电气石的制备过程为：首先用偶联剂对电气石粉体进行修饰，得到偶联剂修饰的电气石粉体，用第一分散剂对石墨烯进行修饰，得到高浓度稳定石墨烯分散液；然后通过微波合成法将偶联剂修饰的电气石粉体和高浓度稳定石墨烯分散液复合，制成石墨烯增强电气石。2.如权利要求1所述的石墨烯增强电气石改性沥青材料，其特征在于，以重量份数计，由以下材料制成：基质沥青为100份、石墨烯增强电气石为5～30份，第二分散剂为0.1～0.8份。3.如权利要求1所述的石墨烯增强电气石改性沥青材料，其特征在于，所述的偶联剂为十二酰胺硼酸二乙醇胺酯偶联剂；所述的第一分散剂为聚乙烯吡咯烷酮；所述的第二分散剂为十二烷基苯磺酸钠。4.如权利要求1所述的石墨烯增强电气石改性沥青材料，其特征在于，所述的偶联剂修饰的电气石粉体的制备过程为：将偶联剂和电气石粉体按照质量比1：40加入到无水乙醇中，在30℃条件下，超声分散3h，烘干，球磨成粉末，制得偶联剂修饰的电气石粉体。5.如权利要求1所述的石墨烯增强电气石改性沥青材料，其特征在于，所述的高浓度稳定石墨烯分散液的制备过程为：将第一分散剂和石墨烯按照质量比1：30加入到无水乙醇中，在45℃条件下，超声分散5h，静置，取上层液，制得浓度达3～5mg/L的高浓度稳定石墨烯分散液。6.如权利要求1所述的石墨烯增强电气石改性沥青材料，其特征在于，所述的微波合成法的工艺条件为：将偶联剂修饰的电气石粉体加入到高浓度稳定石墨烯分散液中，其中电气石粉体与石墨烯的质量比为(9～332)：1；调节pH值为7～9，置于微波反应器中，在60～65℃条件下，振荡反应50～60min，然后烘干，制得石墨烯增强电气石。7.如权利要求6所述的石墨烯增强电气石改性沥青材料，其特征在于，电气石粉体与石墨烯的质...

【专利技术属性】
技术研发人员：王朝辉，肖绪荡，张廉，韩晓霞，郭滕滕，高志伟，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61