一种改性氧化石墨烯的制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及一种改性氧化石墨烯的制备方法，属于建筑材料技术领域。改性氧化石墨烯的制备方法为：将硅烷偶联剂加入到无水乙醇和去离子水组成的混合溶剂中，在水浴条件下进行预水解，得到预水解溶液；将氧化石墨烯加入到预水解溶液中，超声分散均匀；将分散后的溶液在水浴条件下进行搅拌，搅拌结束后冷却、过滤，用乙醇水溶液清洗滤渣，得到改性氧化石墨烯。本发明专利技术中改性氧化石墨烯的制备方法简单，操作简单，制得的改性氧化石墨烯在水泥基材料中分散效果好，不会发生团聚，利用其制得的水泥基复合材料具有优良的力学性能和施工性能。

【技术实现步骤摘要】
一种改性氧化石墨烯的制备方法及其应用
本专利技术属于建筑材料
，具体涉及一种改性氧化石墨烯的制备方法及其应用。
技术介绍
氧化石墨烯(GO)是石墨烯(GR)的一种衍生物，与GR相比，GO通过功能化的方法在GR上嫁接了大量的活性含氧基团，如羟基、羧基及环氧基等。这些官能团使GO可以从微纳米尺度上改善水泥水化产物性能、减少内部的微裂缝和孔隙、改善脆性、提高抗拉、抗压、抗折强度和耐久性。而且GO掺入到水泥中之后可以起到模板效应从而水泥水化产物向规则的花状晶体发展，总之GO的掺入可以提高水泥基材料的多种性能。但是GO在碱性环境下容易产生团聚，难以在溶液中均匀分散，这就会影响它在水泥基材料中的积极作用，甚至会对水泥基材料造成负面的影响。基于GO表面存在的活性含氧基团及其可发生的各类化学反应，可以在GO片层上接枝多种物质，一方面发挥其优良特性，另一方面由于含氧官能团或物质的引入，也能赋予了GO新的功能及特性，这就为其改性提供了很好的前提。目前，实现GO表面改性的方法主要为共价键型和非共价键型改性，非共价键改性优势是在保证GO的本体结构和优良的性能的同时，提高相应性能，但是负面效应是整体结构不稳定、相互间作用力弱；而共价键改性主要是通过改性剂与GO表面的活性含氧基团发生相关化学反应生成共价键来实现，其主要通过各类化学反应将GO片层表面的活性含氧基团与改性剂以共价键的形式相连接，从而达到改性的目的，这种方法的缺点是氧化石墨烯因为引入了新的官能团可能会影响含氧官能团的还原过程，新引入的官能团也可能在还原过程中再次被影响甚至消失。GO表面有大量的-OH基团，硅烷偶联剂能与氧化石墨烯的-OH基团发生缩合或酯化反应，因此可采用硅烷偶联剂对GO进行改性。王慧茹等人研究了KH550、KH560对GO的改性效果，发现经KH550改性后，GO片层分散变得较为均匀，且有明显的片层皱褶，而KH560改性后效果不明显。但是该改性方法中，KH550与GO混合时水解不完全，导致水解生成的硅醇变少，在改性过程中与GO表面官能团反应变少从而使GO表面枝接的有效官能团变少，这就会导致改性不能充分降低GO的层间作用力从而影响改性之后GO在水泥中的分散效果，并且该改性方法中采用HCl对将溶液的pH调节到了4～5，将溶液调成酸性之后会对KH550本身的水解造成影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术的不足，提供一种改性氧化石墨烯的制备方法，操作简单，制得的改性氧化石墨烯在水泥基材料中分散效果好。技术方案一种改性氧化石墨烯的制备方法，包括如下步骤：(1)将硅烷偶联剂加入到无水乙醇和去离子水组成的混合溶剂中，在水浴条件下进行预水解，得到预水解溶液；(2)将氧化石墨烯加入到预水解溶液中，超声分散均匀；(3)将步骤(2)分散后的溶液在水浴条件下进行搅拌，搅拌结束后冷却、过滤，用乙醇水溶液清洗滤渣，得到改性氧化石墨烯。步骤(1)中，所述硅烷偶联剂为KH550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)或KH570(γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷)；所述混合溶剂中，无水乙醇和去离子水的质量比为1:1。进一步，步骤(1)中，所述预水解温度为30～40℃，时间为30～60min。进一步，步骤(2)中，所述氧化石墨烯与硅烷偶联剂的质量比为1:2。进一步，步骤(3)中，所述水浴温度为60～80℃，搅拌速度为500～700rpm，搅拌时间为4～6h。进一步，步骤(3)中，所述乙醇水溶液中，乙醇与去离子水的质量比为1:1，洗涤次数为3～6次。上述方法制备的改性氧化石墨烯在制备水泥基复合材料中的应用：将改性氧化石墨烯、减水剂和水混合超声分散10～20min，往分散后的溶液中加入水泥，在60-80r/min的转速下，混合搅拌3～5min，即得水泥基复合材料；所述改性氧化石墨烯的质量占水泥质量的0.01％，减水剂的质量占水泥质量的0.1％。本专利技术的有益效果：本专利技术提供了一种改性氧化石墨烯的制备方法，操作简单，制得的改性氧化石墨烯在水泥基材料中分散效果好，利用其制得的水泥基复合材料具有优良的力学性能和施工性能。附图说明图1为GO和KH550的红外图谱；图2为实施例1～4制得的改性GO的红外图谱。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明。下述实施例中，采用的减水剂为PCE高效减水剂，型号8020，由江苏兆佳建材科技有限公司提供；水泥为PⅡ52.5硅酸盐水泥，中位径为10.62μm，比表面积为1.132m2/g；但均不限于此。实施例1一种改性氧化石墨烯的制备方法：将150g去离子水和150g无水乙醇混合均匀，制得混合溶剂，滴加冰醋酸调节混合溶剂pH值为4～5，然后加入2.2g的KH550硅烷偶联剂并将混合溶液置于35℃的水浴锅中预水解45min；预水解完成之后添加1.1g氧化石墨烯，超声分散40min，分散完成之后将溶液转移到三颈烧瓶中，并将三颈烧瓶放在80℃的水浴锅中，利用四氟搅拌器对其进行搅拌(设置搅拌器搅拌转速范围为600rpm)5h；搅拌完成之后将溶液冷却至室温，抽滤，并采用乙醇水溶液(乙醇与去离子水的质量比为1:1)滤渣洗涤3次，得到改性氧化石墨烯。制备水泥基复合材料：将0.05g改性氧化石墨烯、0.5gPCE高效减水剂和160g水混合超声分散15min，往分散后的溶液中加入500g水泥，在60-80r/min的转速下，混合搅拌4min，即得水泥基复合材料。将其倒入模具，在25℃、湿度100％的环境下进行养护。制备水泥基复合材料：将0.05g改性氧化石墨烯、0.5gPCE高效减水剂和160g水混合超声分散15min，往分散后的溶液中加入500g水泥，在60-80r/min的转速下，混合搅拌4min，即得水泥基复合材料。将其倒入模具，在25℃、湿度100％的环境下进行养护。实施例2一种改性氧化石墨烯的制备方法：将150g去离子水和150g无水乙醇混合均匀，制得混合溶剂，滴加冰醋酸调节混合溶剂pH值为4～5，然后加入2g的KH550硅烷偶联剂并将混合溶液置于35℃的水浴锅中预水解45min；预水解完成之后添加1g氧化石墨烯，超声分散40min，分散完成之后将溶液转移到三颈烧瓶中，并将三颈烧瓶放在70℃的水浴锅中，利用四氟搅拌器对其进行搅拌(设置搅拌器搅拌转速范围为600rpm)5h；搅拌完成之后将溶液冷却至室温，抽滤，并采用乙醇水溶液(乙醇与去离子水的质量比为1:1)滤渣洗涤3次，得到改性氧化石墨烯。制备水泥基复合材料：将0.05g改性氧化石墨烯、0.5gPCE高效减水剂和160g水混合超声分散15min，往分散后的溶液中加入500g水泥，在60-80r/min的转速下，混合搅拌4min，即得水泥基复合材料。将其倒入模具，在25℃、湿度100％的环境下进行养护。实施例3一种改性氧化石墨烯的制备方法：将150g去离子水和150g无水乙醇混合均匀，制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性氧化石墨烯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)将硅烷偶联剂加入到无水乙醇和去离子水组成的混合溶剂中，在水浴条件下进行预水解，得到预水解溶液；/n(2)将氧化石墨烯加入到预水解溶液中，超声分散均匀；/n(3)将步骤(2)分散后的溶液在水浴条件下进行搅拌，搅拌结束后冷却、过滤，用乙醇水溶液清洗滤渣，得到改性氧化石墨烯；/n步骤(1)中，所述硅烷偶联剂为KH550或KH570；所述混合溶剂中，无水乙醇和去离子水的质量比为1:1。/n

【技术特征摘要】
1.一种改性氧化石墨烯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将硅烷偶联剂加入到无水乙醇和去离子水组成的混合溶剂中，在水浴条件下进行预水解，得到预水解溶液；
(2)将氧化石墨烯加入到预水解溶液中，超声分散均匀；
(3)将步骤(2)分散后的溶液在水浴条件下进行搅拌，搅拌结束后冷却、过滤，用乙醇水溶液清洗滤渣，得到改性氧化石墨烯；
步骤(1)中，所述硅烷偶联剂为KH550或KH570；所述混合溶剂中，无水乙醇和去离子水的质量比为1:1。


2.如权利要求1所述改性氧化石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述预水解温度为30～40℃，时间为30～60min。


3.如权利要求1所述改性氧化石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述氧化石墨烯与硅烷偶联剂的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李东旭，张小涛，李庆超，暴宁钟，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32