一种促进碳纳米管在水泥基材料中分散的方法技术

本发明专利技术公开一种促进碳纳米管在水泥基材料中分散的方法，包括以下步骤：(1)准备碳纳米管和粒径为50～70目的橡胶颗粒；(2)按照碳纳米管与橡胶颗粒等体积，放入容器中，加入1000倍碳纳米管体积的水，手动搅拌4～6分钟形成碳纳米管悬浊液；(3)继续对容器中的碳纳米管悬浊液进行磁力搅拌4～6分钟；(4)将容器放入超声波清洗机中，超声波分散1h后取出得到碳纳米管复合分散液。本发明专利技术方法是通过橡胶的加入提升传统水泥基材料抵抗开裂与收缩的能力，提升材料的耐久性，实现水泥基材料强度与延性的双提高。

【技术实现步骤摘要】
一种促进碳纳米管在水泥基材料中分散的方法
本专利技术属于建筑材料、土木工程领域，特别是涉及一种促进碳纳米管在水泥基材料中分散的方法。
技术介绍
碳纳米管(CarbonNanotubes,CNTs)单向拉伸强度达到500GPa，破坏时的拉伸应变可以达到30％，弹性模量接近1TPa。在水泥基材料中引入碳纳米管，可以在纳米尺度改性水泥基材料，提高复合材料力学性能，基于以往的研究碳纳米管的加强效应主要由于：①碳纳米管呈纤维状，可以桥接水泥基体受力初期产生的微裂缝；②作为水化的结晶核促进水化过程；③填充水泥基基体中纳米尺度的微空隙，是材料更加密实。碳纳米管的加入可以极大程度改善当前水泥基材料易开裂、抗拉强度低的缺点，同时对于水泥基材料力学性能、抗渗性能、耐久性具有增强效果。但是碳纳米管由于其超大的比表面积造成巨大的范德华力，引起严重的碳纳米管团聚，从而加入水泥基材料中不能达到预想的增强效果，为分散的碳纳米管团聚颗粒较大，在水泥基材料中形成薄弱空洞，受力条件下这些薄弱点会变成裂缝发展的起始点，导致材料力学性能大幅度降低。而现有的分散方法多以使用化学分散剂与改造碳纳米管为主，处理方法复杂且造价较高，同时化学分散剂对水泥基材料性能的影响也没有全面的分析考证，由于这些因素的限制，目前仍然无法实现碳纳米管在水泥基材料领域的大规模应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种促进碳纳米管在水泥基材料中分散的方法，本专利技术基于疏水材料水溶液条件相互吸附原理，利用微小橡胶颗粒分散水溶液环境下的碳纳米管：比表面积较小、粒径较大的橡胶颗粒在在疏水力作用下与碳纳米管由于疏水力相互吸附，可以帮助碳纳米管分散，减小团聚现象，为解决碳纳米管团聚问题提出了新思路。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种促进碳纳米管在水泥基材料中分散的方法，包括以下步骤：(1)准备碳纳米管和粒径为50～70目的橡胶颗粒；(2)按照碳纳米管与橡胶颗粒等体积的配比放入容器中，加入1000倍体积水，手动搅拌4～6分钟形成碳纳米管悬浊液；(3)继续对容器中的碳纳米管悬浊液进行磁力搅拌4～6分钟；(4)将容器放入超声波清洗机中，超声波分散1h后取出得到碳纳米管复合分散液；(5)使用100倍光学显微镜，得到碳纳米管复合分散液中碳纳米管面积所占总面积的比例δ，以衡量碳纳米管的分散情况：式中：δ表示碳纳米管分散度；Sc表示碳纳米管复合分散液显微照片中碳纳米管面积；Sz表示碳纳米管复合分散液显微照片总面积。与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：(1)本专利技术提供了简易的分散流程，通过该方法可以帮助碳纳米管分散，减小团聚现象，决了碳纳米管团聚的难题，为实现碳纳米管增强的水泥基材料广泛应用提供了基础。(2)本专利技术中使用的橡胶颗粒来自废旧轮胎，可解决由于废旧轮胎造成的环境污染问题。(3)橡胶的加入还可以提升传统水泥基材料抵抗开裂与收缩的能力，提升材料的耐久性，碳纳米管与橡胶复合加入，可以实现水泥基材料强度与延性的双提高。附图说明图1是本专利技术方法的流程示意图。图2是经过图1流程处理后的只有碳纳米管的分散液的显微照片。图3是经过图1流程处理后的有碳纳米管和橡胶颗粒的复合分散液的显微照片。图4是图3中局部放大图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提出了使用橡胶颗粒分散碳纳米管在水泥基材料中分散的方法，并通过宏观观察与微观观察的方法定量定性的分析了橡胶颗粒对碳纳米管的分散作用，并提出了一种衡量碳纳米管的分散程度的评价指标。为衡量橡胶颗粒对碳纳米管在水溶液条件下的分散效果，本专利技术进行了对比实验，分别制作了碳纳米管分散液、碳纳米管与橡胶颗粒复合分散液，以对比分散情况，并提出使用100倍光学显微镜照片中，复合分分散液显微照片碳纳米管的面积与总面积的比值δ，见式(1)，来衡量碳纳米管的分散情况。式中：δ表示碳纳米管分散度；Sc表示碳纳米管复合分散液显微照片中碳纳米管面积；Sz表示碳纳米管复合分散液显微照片总面积。具体步骤如下：(1)准备材料；本实施例中碳纳米管选用深圳纳米港生产的型号为L-MWNT-4060的多壁碳纳米管；橡胶颗粒由废旧橡胶通过机械磨碎制成，粒径为60目，密度1.05g/cm3；水为自来水。表1碳纳米管的物理性质指标表2橡胶化学成分表(2)制作碳纳米管分散液按照表3的试验配比，将试验配比的碳纳米管、碳纳米管与橡胶颗粒放入烧杯中，加入50ml水，按照图1表示的步骤进行分散操作，其中只有碳纳米管和水的为液A，有碳纳米管、橡胶颗粒和水的为液B。表3分散液试验配比(3)手动搅拌3分钟，形成悬浊液；磁力搅拌5min；之后放入超声波清洗机中，超声波分散1h后取出得到分散液。进行后续的观察计算。(4)分散程度对比：包括宏观观察和微观观察；其中宏观观察可将手动搅拌后、超声处理后、超声处理后1小时、超声处理后4小时及超声处理后24小时分别得到的液1和液2置入透明试管中观察；微观观察可在100倍光学显微镜下观察液1和液2最后的分散情况，见图2～4(5)计算分散指标：通过公式(1)可定量衡量橡胶颗粒在水溶液环境下分散碳纳米管的能力，见表4。表4分散指标计算分散液制备中，推荐配合比(体积比)：综上可知，橡胶颗粒的加入还可以提升传统水泥基材料抵抗开裂与收缩的能力，提升材料的耐久性，可以实现水泥基材料强度与延性的双提高。本专利技术并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本专利技术的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本专利技术宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本专利技术的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种促进碳纳米管在水泥基材料中分散的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)准备碳纳米管和粒径为50～70目的橡胶颗粒；(2)按照碳纳米管与橡胶颗粒等体积的配比放入容器中，加入1000倍体积水，手动搅拌4～6分钟形成碳纳米管悬浊液；(3)继续对容器中的碳纳米管悬浊液进行磁力搅拌4～6分钟；(4)将容器放入超声波清洗机中，超声波分散1h后取出得到碳纳米管复合分散液；(5)使用100倍光学显微镜，得到碳纳米管复合分散液中碳纳米管面积所占总面积的比例δ，以衡量碳纳米管的分散情况：

【技术特征摘要】
1.一种促进碳纳米管在水泥基材料中分散的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)准备碳纳米管和粒径为50～70目的橡胶颗粒；(2)按照碳纳米管与橡胶颗粒等体积的配比放入容器中，加入1000倍体积水，手动搅拌4～6分钟形成碳纳米管悬浊液；(3)继续对容器中的碳纳米管悬浊液进行磁力搅拌4～6分钟；(4)将...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱涵，李宏亮，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12