一种3D打印氧化石墨烯增强水泥基材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种3D打印氧化石墨烯增强水泥基材料，所述水泥基材料的原料中包含的改性石英砂，是通过添加甲基丙烯酰氧基十一烷基甲基二甲氧基硅烷，促进特制的氧化石墨烯均匀附着在石英砂颗粒的表面，配合其他原料共同使用，能够使得所制备的水泥基材料具有良好的打印性能和综合性能。本发明专利技术还提供了所述水泥基材料的制备方法。材料的制备方法。

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印氧化石墨烯增强水泥基材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种3D打印氧化石墨烯增强水泥基材料，以及所述材料的制备方法。

技术介绍

[0002]3D打印技术又称为增材制造技术，通过层层堆积采用自下而上的制造方式将数字模型构建成实物。3D打印技术从产生以来就因其简便且快捷的特点引起了全社会的极大关注同时也得到了迅速发展，所涉及的领域非常广泛，包括工业设计、建筑、汽车，航空航天、牙科、教育等领域。但即便如此，3D打印技术应用和发展由于受到诸多因素的制约，使其发展速度比较缓慢。制约因素除了包括仪器设备及打印过程参数之外，影响3D打印技术发展的最主要的因素是原材料，所以3D打印的发展和突破是以打印材料的突破为基础的。
[0003]目前3D打印建筑采用的打印材料仍然以水泥作为主要的基础材料，但水泥抗拉强度低、抗裂性能和韧性较差、构件脆性差等缺陷是其存在的主要问题。
[0004]因此，需要提供一种具有良好打印性能和综合性能的水泥基材料，以解决现有技术存在的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种3D打印氧化石墨烯增强水泥基材料，所述水泥基材料的原料中包含的改性石英砂，是通过添加甲基丙烯酰氧基十一烷基甲基二甲氧基硅烷，促进特制的氧化石墨烯均匀附着在石英砂颗粒的表面，配合其他原料共同使用，能够使得所制备的水泥基材料具有良好的打印性能和综合性能。本专利技术还提供了所述水泥基材料的制备方法。
[0006]本专利技术上述目的通过以下技术方案实现：
[0007]一种3D打印氧化石墨烯增强水泥基材料，其特征在于，所述水泥基材料包含以下原料制备而成：水泥、改性石英砂、粉煤灰、钢渣粉、白炭黑、减水剂、缓凝剂和水；
[0008]其中，所述改性石英砂的制备方法为：将石英砂、氧化石墨烯、甲基丙烯酰氧基十一烷基甲基二甲氧基硅烷、去离子水、乙醇加入反应器，开启搅拌，控制反应器温度为50～60℃，优选55℃，反应8～12小时后出料，优选10小时后出料，干燥后得到所述改性石英砂；
[0009]所述氧化石墨烯的制备方法为：步骤一，室温下，将石墨、浓硫酸、浓硝酸加入反应器，搅拌20～25小时后，优选22小时，过滤、用去离子水洗涤、干燥，将干燥后的石墨置于800～1000℃的环境下8～12秒，得到热膨胀石墨；
[0010]步骤二，将所述热膨胀石墨、浓硫酸、硫代硫酸钾、五氧化二磷加入反应器，控制反应器温度在60～80℃，优选70℃，反应4～6小时，优选5小时，过滤、用去离子水洗涤、干燥，得到预氧化石墨；
[0011]步骤三，室温下，将所述预氧化石墨、浓硫酸加入反应器，开启搅拌，向反应器中缓慢加入高锰酸钾，反应2～4小时，优选3小时，向反应器中依次缓慢加入双氧水，反应1～3小时后，过滤、用去离子水洗涤、干燥，得到所述氧化石墨烯。
[0012]本专利技术采用氧化石墨烯对3D打印水泥基材料进行改性，但是直接向水泥基材料中
添加氧化石墨烯，存在氧化石墨烯容易团聚、不易分散的问题，不利于水泥基材料性能的提高。本专利技术采用自制的热膨胀氧化石墨烯先一步对石英砂进行改性，通过添加甲基丙烯酰氧基十一烷基甲基二甲氧基硅烷作为偶联剂，促进氧化石墨烯的分散以及与石英砂颗粒之间的附着作用，配合其他原料，使得制备的水泥基材料具有良好的打印性能和综合性能。
[0013]所述甲基丙烯酰氧基十一烷基甲基二甲氧基硅烷的结构式为：
[0014](CH3O)2(CH3)Si(CH2)
10
CH2OOCC(CH2)(CH3)；其获取途径可以通过商业采购获得，也可以通过现有技术中已经公开的制备方法制备得到。
[0015]在一个优选的实例中，所述甲基丙烯酰氧基十一烷基甲基二甲氧基硅烷的制备方法为：在室温条件和氮气气氛下，将十一烯醇、氯铂酸
‑
异丙醇溶液和甲基二氯氢硅依次加入反应器，开启搅拌，反应2～2.5小时后，控制反应器温度为35～40℃，加入甲醇，反应3～3.5小时，控制反应器温度至室温，加入三乙胺中和，滤除反应器内固体杂质；向反应器中加入甲基丙烯酰氯，反应3～3.5小时，加入三乙胺中和，过滤出料；优选地，所述氯铂酸
‑
异丙醇溶液的制备方法为：将氯铂酸加入异丙醇中，搅拌均匀后出料；氯铂酸的质量浓度为0.5％。
[0016]在一个优选的实例中，所述甲基丙烯酰氧基十一烷基甲基二甲氧基硅烷的制备方法中，以下列各组分之间的相对摩尔份数计：
[0017]所述十一烯醇的用量为1摩尔份数；
[0018]所述甲基二氯氢硅的用量为1摩尔份数；
[0019]所述甲醇的用量为2摩尔份数；
[0020]所述甲基丙烯酰氯的用量为1摩尔份数。
[0021]在一个优选的实例中，所述氯铂酸
‑
异丙醇溶液与十一烯醇的质量比为30：1。
[0022]需要说明的是，加入三乙胺的用量以混合物中不再生成新的沉淀为准。
[0023]所述优选实例中甲基丙烯酰氧基十一烷基甲基二甲氧基硅烷的反应过程更平稳。
[0024]本专利技术采用甲基丙烯酰氧基十一烷基甲基二甲氧基硅烷作为硅烷偶联剂，其对于最终水泥基材料的性能提升效果要好于本领域常用的硅烷偶联剂。
[0025]此外，本专利技术原料中添加了白炭黑，能够一定程度提高所述水泥基材料在进行打印过程中的粘聚性，起到调节流动性、提高早起强度的作用；在水泥基材料固化后，小幅提高材料的力学性能。
[0026]所述氧化石墨烯的制备方法的步骤一中，以下列各组分之间的相对质量份计：
[0027]所述石墨的用量为5～8质量份；
[0028]所述浓硫酸的用量为120～150质量份；
[0029]所述浓硝酸的用量为30～50质量份；
[0030]所述氧化石墨烯的制备方法的步骤二中，以下列各组分之间的相对质量份计：
[0031]所述热膨胀石墨的用量为5～8质量份；
[0032]所述浓硫酸的用量为250～280质量份；
[0033]所述硫代硫酸钠的用量为3.5～4.5质量份；
[0034]所述五氧化二磷的用量为5.5～6.5质量份；
[0035]所述氧化石墨烯的制备方法的步骤三中，以下列各组分之间的相对质量份计：
[0036]所述预氧化石墨的用量为5～8质量份；
[0037]所述浓硫酸的用量为150～180质量份；
[0038]所述高锰酸钾的用量为8～10质量份；
[0039]所述双氧水的用量为8～10质量份。
[0040]所述改性石英砂的制备方法中，以下列各组分之间的相对质量份计：
[0041]所述石英砂的用量为10～20质量份；
[0042]所述氧化石墨烯的用量为5～8质量份；
[0043]所述甲基丙烯酰氧基十一烷基甲基二甲氧基硅烷的用量为3～5质量份；
[0044]所述去离子水的用量为40～50质量份；
[0045]所述乙醇的用量为40本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3D打印氧化石墨烯增强水泥基材料，其特征在于，所述水泥基材料包含以下原料制备而成：水泥、改性石英砂、粉煤灰、钢渣粉、白炭黑、减水剂、缓凝剂和水；其中，所述改性石英砂的制备方法为：将石英砂、氧化石墨烯、甲基丙烯酰氧基十一烷基甲基二甲氧基硅烷、去离子水、乙醇加入反应器，开启搅拌，控制反应器温度为50～60℃，优选55℃，反应8～12小时后出料，优选10小时后出料，干燥后得到所述改性石英砂；所述氧化石墨烯的制备方法为：步骤一，室温下，将石墨、浓硫酸、浓硝酸加入反应器，搅拌20～25小时后，优选22小时，过滤、用去离子水洗涤、干燥，将干燥后的石墨置于800～1000℃的环境下8～12秒，得到热膨胀石墨；步骤二，将所述热膨胀石墨、浓硫酸、硫代硫酸钾、五氧化二磷加入反应器，控制反应器温度在60～80℃，优选70℃，反应4～6小时，优选5小时，过滤、用去离子水洗涤、干燥，得到预氧化石墨；步骤三，室温下，将所述预氧化石墨、浓硫酸加入反应器，开启搅拌，向反应器中缓慢加入高锰酸钾，反应2～4小时，优选3小时，向反应器中依次缓慢加入双氧水，反应1～3小时后，过滤、用去离子水洗涤、干燥，得到所述氧化石墨烯。2.根据权利要求1所述的水泥基材料，其特征在于，所述氧化石墨烯的制备方法的步骤一中，以下列各组分之间的相对质量份计：所述石墨的用量为5～8质量份；所述浓硫酸的用量为120～150质量份；所述浓硝酸的用量为30～50质量份；所述氧化石墨烯的制备方法的步骤二中，以下列各组分之间的相对质量份计：所述热膨胀石墨的用量为5～8质量份；所述浓硫酸的用量为250～280质量份；所述硫代硫酸钠的用量为3.5～4.5质量份；所述五氧化二磷的用量为5.5～6.5质量份；所述氧化石墨烯的制备方法的步骤三中，以下列各组分之间的相对质量份计：所述预氧化石墨的用量为...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁英，
申请(专利权)人：梁英，
类型：发明
国别省市：