一种改性纳米纤维素增强高抗裂水泥的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种改性纳米纤维素增强高抗裂水泥的制备方法，将纤维素浆板粉碎，加入柠檬酸钠缓冲液，调节其pH值至5.0～7.0，升温至60℃～80℃，加入纤维素酶，机械搅拌持续反应，并将反应所得酶解产物在超声条件下进行分散；升温将纤维素酶灭活后冷却，经抽滤洗涤将纳米纤维素纤维与反应液分离，水洗后透析，收集纳米纤维素溶液；向溶液中加入氢氧化钠溶液，调节溶液pH值至7.0，加入改性剂粉末，在常温环境下超声搅拌反应，得到改性纳米纤维素溶液；水泥胶凝材料配制过程中加入所得改性纳米纤维素溶液，均匀搅拌后浇筑成型，常温养护后脱模，放入标准养护室中养护，得到改性纳米纤维素增强高抗裂水泥。维素增强高抗裂水泥。维素增强高抗裂水泥。

【技术实现步骤摘要】
一种改性纳米纤维素增强高抗裂水泥的制备方法


[0001]本专利技术属于复合材料
，具体涉及一种改性纳米纤维素增强高抗裂水泥的制备方法。

技术介绍

[0002]纳米材料如纳米二氧化硅、碳纳米管等作为增强材料的一类，已经成为人们广泛研究的对象。在水泥材料中加入纳米材料，可以提高复合材料的抗拉性能、弹性模量、火山灰特性等。无机纳米材料制备条件较苛刻、分散性一般、健康风险较大。
[0003]相对而言，纳米纤维素(Cellulose nanofiber，以下简称CNF)更易得、易分散于溶液、绿色无毒。CNF一般呈晶须状，宽度为十几纳米到几十纳米之间，而长度在几十纳米到几百纳米之间。纤维素是世界上产量最大的天然生物质聚合物，主要经光合作用合成而来；废纸浆、果壳、碎木屑等均可作为制备CNF的原料，CNF是一种新型环保的纳米增强材料，在水泥复合材料领域应用潜力巨大。
[0004]但目前通过酶解法制备的CNF具有的负Zeta电位，是阻碍其与水泥相容性进一步提高的主要原因。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于提供一种改性纳米纤维素增强水泥基复合材料及其制备方法，通过对纳米纤维素进行改性，并制备具有更为优异力学性能及抗裂性能的水泥基复合材料。
[0006]为达到上述目的，采用技术方案如下：
[0007]一种改性纳米纤维素增强高抗裂水泥的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)将纤维素浆板粉碎，加入柠檬酸钠缓冲液，调节其pH值至5.0～7.0，升温至60℃～80℃，加入纤维素酶，机械搅拌持续反应，并将反应所得酶解产物在超声条件下进行分散；
[0009](2)升温将纤维素酶灭活后冷却，经抽滤洗涤将纳米纤维素纤维与反应液分离，水洗后透析，收集纳米纤维素溶液；
[0010](3)向溶液中加入氢氧化钠溶液，调节溶液pH值至7.0，加入改性剂粉末，在常温环境下超声搅拌反应，得到改性纳米纤维素溶液；
[0011](4)水泥胶凝材料配制过程中加入所得改性纳米纤维素溶液，均匀搅拌后浇筑成型，常温养护后脱模，放入标准养护室中养护，得到改性纳米纤维素增强高抗裂水泥。
[0012]按上述方案，步骤1中所述纤维素浆板为竹浆板；所述纤维素酶浓度为200unit/mL。
[0013]按上述方案，步骤1中机械搅拌速度300～1000r/min，持续搅拌5h。
[0014]按上述方案，步骤2中纤维素酶灭活温度是100℃，持续10min。
[0015]按上述方案，步骤2中水洗后透析的具体工艺为：加水反复洗涤3次后装入透析袋中透析48h。
[0016]按上述方案，步骤3中所述改性剂为季铵盐类表面活性剂；改性剂与纳米纤维素质量比为1:4。
[0017]按上述方案，步骤3中优选的改性剂为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)。
[0018]按上述方案，步骤3中超声功率50～100W，频率50～100kHz，反应时间3h。
[0019]按上述方案，步骤4中改性纳米纤维素掺量为水泥质量的0.05％～0.2％。
[0020]相对于现有技术，本专利技术有益效果如下：
[0021]纤维素酶可选择性水解原纤维素结晶度较低的无定形区，而结晶度较高的区域得以保留，从而得到长径比较大的细长形态CNF。
[0022]烷基季铵盐是季铵盐型阳离子表面活性剂的重要品种之一，已作为杀菌剂、纤维柔软剂、矿物浮选剂、乳化剂等被广泛地应用。其结构特点是氮原子上连有四个烷基，即铵离子NH
4+
的四个氢原子全部被烷基所取代，并取代CNF表面丰富的羟基，使得改性后的CNF在溶液的zeta电位势为正。
[0023]本专利技术制备的改性纤维素增强高抗裂水泥复合材料，属于新型绿色环保水泥复合材料；改性纤维素提高了水泥的水化程度，促进水泥水化产物的生成；所制备的改性具有良好的力学性能，掺量0.15％的改性纤维素增强水泥净浆比未掺加改性纤维素(对照组)28d抗压强度提高20.5％，掺量0.15％的比对照组28d抗折强度提高26.7％，同时混凝土早龄期塑性收缩裂缝显著减小、干燥收缩减小。
附图说明
[0024]图1：改性纳米纤维素增强水泥净浆的抗压强度。
[0025]图2：改性纳米纤维素增强水泥净浆的抗折强度。
[0026]图3：酶解后纳米纤维素的TEM图。
[0027]图4：纳米纤维素改性前后XRD图。
[0028]图5：纳米纤维素改性前后的红外光谱图。
[0029]图6：纳米纤维素改性前后的X射线光电子能谱宽扫描谱图。
[0030]图7：混凝土塑性收缩开裂实验结果对照图。
[0031]图8：混凝土干燥收缩实验结果对照图。
具体实施方式
[0032]以下实施例进一步阐释本专利技术的技术方案，但不作为对本专利技术保护范围的限制。
[0033]具体实施方式提供了一种改性纳米纤维素增强高抗裂水泥的制备方法，包括以下步骤：
[0034](1)将纤维素浆板粉碎，加入柠檬酸钠缓冲液，调节其pH值至5.0～7.0，升温至60℃～80℃，加入纤维素酶，机械搅拌持续反应，并将反应所得酶解产物在超声条件下进行分散；
[0035](2)升温将纤维素酶灭活后冷却，经抽滤洗涤将纳米纤维素纤维与反应液分离，水洗后透析，收集纳米纤维素溶液；
[0036](3)向溶液中加入氢氧化钠溶液，调节溶液pH值至7.0，加入改性剂粉末，置于在常温环境下超声搅拌反应3h，得到改性纳米纤维素溶液；
[0037](4)水泥胶凝材料配制过程中加入所得改性纳米纤维素溶液，均匀搅拌后浇筑成型，常温养护后脱模，放入标准养护室中养护，得到改性纳米纤维素增强高抗裂水泥。
[0038]具体地，步骤1中所述纤维素浆板为竹浆板；所述纤维素酶浓度为200unit/mL。
[0039]具体地，步骤2中纤维素酶灭活温度是100℃，持续10min。
[0040]具体地，步骤2中水洗后透析的具体工艺为：加水反复洗涤3次后装入透析袋中透析48h。
[0041]具体地，步骤3中所述改性剂为季铵盐类表面活性剂；改性剂与纳米纤维素质量比为1:4。
[0042]具体地，步骤3中优选的改性剂为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)。
[0043]具体地，搅拌速度300～1000r/min，持续搅拌5h；超声功率50～100W，频率50～100kHz。
[0044]具体地，步骤4中改性纳米纤维素掺量为水泥质量的0.05％～0.2％。
[0045]具体实施例中所用原料具体如下：
[0046]硫酸盐竹浆板(纤维素含量>95％)，纤维素酶(200unit/mL)，柠檬酸钠(分析纯)，氢氧化钠(分析纯)，油井水泥(G级)，改性剂十六烷基三甲基溴化铵(C
19
H
42
BrN，简写为CTAB，分析纯)，实验室用去离子水。
[0047本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性纳米纤维素增强高抗裂水泥的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)将纤维素浆板粉碎，加入柠檬酸钠缓冲液，调节其pH值至5.0～7.0，升温至60℃～80℃，加入纤维素酶，机械搅拌持续反应，并将反应所得酶解产物在超声条件下进行分散；(2)升温将纤维素酶灭活后冷却，经抽滤洗涤将纳米纤维素纤维与反应液分离，水洗后透析，收集纳米纤维素溶液；(3)向溶液中加入氢氧化钠溶液，调节溶液pH值至7.0，加入改性剂粉末，在常温环境下超声搅拌反应，得到改性纳米纤维素溶液；(4)水泥胶凝材料配制过程中加入所得改性纳米纤维素溶液，均匀搅拌后浇筑成型，常温养护后脱模，放入标准养护室中养护，得到改性纳米纤维素增强高抗裂水泥。2.如权利要求1所述改性纳米纤维素增强高抗裂水泥的制备方法，其特征在于步骤1中所述纤维素浆板为竹浆板；所述纤维素酶浓度为200unit/mL。3.如权利要求1所述改性纳米纤维素增强高抗裂水泥的制备方法，其特征在于步骤1中机械搅拌速...

【专利技术属性】
技术研发人员：张恒春，季锡贤，代瑞平，荆建龙，廖志贤，朱立伟，
申请(专利权)人：中建长通福州商品混凝土有限公司，
类型：发明
国别省市：