一种介孔碳改性导电沥青及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种介孔碳改性导电沥青及其制备方法，该导电沥青至少包括以下重量份数的各原料：基质沥青100

【技术实现步骤摘要】
一种介孔碳改性导电沥青及其制备方法


[0001]本专利技术涉及沥青改性
，具体涉及一种介孔碳改性导电沥青及其制备方法。

技术介绍

[0002]沥青混凝土为绝缘体，不具备导电性。近年来，为了增加沥青路面的功能性，研究学者通过在沥青混凝土中掺入石墨，使沥青混凝土具备一定的导电性。为了在沥青混凝土中形成导电通路，需要掺入石墨的掺量不断提高，当满足沥青混凝土的导电性能时，石墨掺量过高，且石墨材料润滑与沥青的结合较差，造成了沥青混凝土路用性能下降，不满足路用要求的情况。除掺入石墨外，当前已有研究表明，石墨烯也是导电沥青及导电沥青混凝土的有效导电添加组分。然而无论是石墨或石墨烯，其本身与沥青的结合较差，即便有偶联剂存在，也不能保证各组分有效的结合，因而获得的导电沥青及导电沥青混凝土在导电性、软化点、强度等综合性能方面，依然无法满足路用要求。而且，石墨烯对沥青导电性能的提升，主要因为其比表面积大、导电性能良好，能以较少的掺量在沥青混凝土中形成导电网路。石墨烯层数越多，比表面积越小，经济性越好，制备工艺越简单。石墨烯层数越少，比表面积越大，经济性越差，制备工艺越复杂。单层率在99％以上的石墨烯,比表面积在2620m2/g左右，但价格高于黄金，不具备工程大量使用的可能性，即从成本方面考量，单纯通过掺入高品质的单层或少层石墨烯来获得导电沥青也不具有现实意义。
[0003]有序介孔碳是一种新型的孔碳材料，其结构和特性不同于其他碳材料，它具有高度有序的孔道结构，大的比表面积和孔体积，孔径分布狭窄且可调，机械强度较高，导电性好，并且具有良好的热稳定性和化学惰性。当前对介孔碳的研究及应用主要集中在分离吸附、催化、传感、能量储存、电容器和燃料电池等诸多方面，但尚无将其成功应用于导电沥青的报道。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种介孔碳改性导电沥青及其制备方法，旨在将介孔碳应用于导电沥青的制备，克服当前以石墨或石墨烯制备的导电沥青综合性能较差的不足。
[0005]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种介孔碳改性导电沥青，其至少包括以下重量份数的各原料：基质沥青100
‑
120份；导电纤维0.5
‑
2份；表面改性介孔碳0.5
‑
2份；偶联剂0.3
‑
0.8份。
[0006]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下进一步的具体选择。
[0007]具体的，所述表面改性介孔碳为表面原位生长有石墨烯及氧化石墨烯的介孔碳。
[0008]具体的，所述表面改性介孔碳通过如下方法制备得到：在冰水浴中安置反应容器，然后向反应容器中加入适量浓硫酸，搅拌条件下向反应容器中加入适量介孔碳粉末和硝酸钠粉末，随后缓慢加入适量高锰酸钾，控制反应容器内反应液的温度在20℃以下，搅拌10
‑
15min后，升温至25
‑
32℃,继续搅拌30
‑
45min,加入适量去离子水，控制温度在25
‑
32℃，继续反应30
‑
45min,加入双氧水终止反应，趁热抽虑、洗涤，得表面原位生长有氧化石墨烯的介孔碳，将滤饼重新溶于去离子水得混合液，搅拌条件下，向混合液中加入适量水合肼，升温至90
‑
95℃，持续反应30
‑
40min使介孔碳表面的氧化石墨烯得到部分还原，抽滤，滤饼置于真空干燥箱内60
‑
70℃充分干燥，即得。
[0009]最佳的，浓硫酸、介孔碳粉末、硝酸钠粉末和高锰酸钾的用量比为30
‑
35mL：0.5
‑
1g：0.5g:3g，第一次加入的去离子水的体积为初始加入的浓硫酸体积的4
‑
5倍，第二加入的去离子水的体积为初始加入的浓硫酸体积的10
‑
15倍。
[0010]最佳的，水合肼的质量为初始加入的介孔碳的质量的0.1
‑
0.2倍。
[0011]具体的，所述基质沥青为煤焦沥青、石油沥青或天然沥青。
[0012]具体的，所述导电纤维为碳纤维、金属纤维或导电聚合物纤维。
[0013]具体的，所述偶联剂为硅烷偶联剂，优选为KH550或KH560。
[0014]此外，本专利技术还提供了一种制备上述的介孔碳改性导电沥青的制备方法，其包括如下步骤：
[0015]S1.将相应重量份的基质沥青加热熔融，保持温度在145
‑
165℃之间，在搅拌条件下，将相应重量份的表面改性介孔碳加入熔融的基质沥青中，充分搅拌混匀得混合料，保温备用；
[0016]S2.室温下将相应重量份的偶联剂用去离子水稀释得稀释液，将相应重量份的导电纤维加入至稀释液中搅拌混匀得浆液；
[0017]S3.在搅拌条件下，将S2的浆液倒入至处于保温状态的S1中，充分搅拌，混匀，即得介孔碳改性导电沥青。
[0018]具体的，S2中偶联剂与去离子水的用量比为1g:1000
‑
2000mL,S1及S3中充分搅拌是指先在1000
‑
1500转/分的转速下搅拌8
‑
15min,再在2000
‑
3000转/分的转速下搅拌25
‑
30min。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0020]以导电纤维和表面改性介孔碳为导电相对沥青改性，表面改性介孔碳既具备较好的导电性,又具备较好的自润滑分散性能，能够在沥青中较好分散，同时与导电纤维协同配合，能够在导电沥青中形成较为完善的导电网络，保证以较少的添加量收获理想的导电性能。
[0021]表面改性介孔碳的表面原位生长形成氧化石墨烯，然后经水合肼或其他方法部分还原为石墨烯，即表面改性介孔碳的表面同时分布有氧化石墨烯和石墨烯，改性后介孔碳膨松而比表面积进一步增大，表面的氧化石墨烯使介孔碳的亲水性、相容性、润湿性和表面活性改善，便于后续与浆料中的水、偶联剂及导电纤维作用，使偶联剂更好的起到连接介孔碳与基质沥青及连接介孔碳与导电纤维的作用，表面的石墨烯则使介孔碳保持较好导电性的同时兼具一定的自润滑性，既有利于自身分散，也有利于其他组分(导电纤维和偶联剂)的分散，从而保证制得的导电沥青较好的综合性能。
[0022]表面改性介孔碳制备方法简单，其生产成本与单层或少层石墨烯相比要显著降低，因此本专利技术以表面改性介孔碳改性导电沥青的生产成本不高，有经济效益，易于推广使用。
具体实施方式
[0023]以下结合具体实施例对本专利技术的原理作进一步的详细描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。
[0024]为免赘述，以下实施例中用到的原料若无特别说明则均为市售产品，用到的方法若无特别说明则均为常规方法。
[0025]本专利技术使用的介孔碳可以是市售产品，也可以是通过废旧沥青或基质沥青自行制备得到，其制备方法参见中国发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种介孔碳改性导电沥青，其特征在于，至少包括以下重量份数的各原料：基质沥青100
‑
120份；导电纤维0.5
‑
2份；表面改性介孔碳0.5
‑
2份；偶联剂0.3
‑
0.8份。2.根据权利要求1所述的一种介孔碳改性导电沥青，其特征在于，所述表面改性介孔碳为表面原位生长有石墨烯及氧化石墨烯的介孔碳。3.根据权利要求2所述的一种介孔碳改性导电沥青，其特征在于，所述表面改性介孔碳通过如下方法制备得到：在冰水浴中安置反应容器，然后向反应容器中加入适量浓硫酸，搅拌条件下向反应容器中加入适量介孔碳粉末和硝酸钠粉末，随后缓慢加入适量高锰酸钾，控制反应容器内反应液的温度在20℃以下，搅拌10
‑
15min后，升温至25
‑
32℃,继续搅拌30
‑
45min,加入适量去离子水，控制温度在25
‑
32℃，继续反应30
‑
45min,加入双氧水终止反应，趁热抽虑、洗涤，得表面原位生长有氧化石墨烯的介孔碳，将滤饼溶于去离子水得混合液，搅拌条件下，向混合液中加入适量水合肼，升温至90
‑
95℃，持续反应30
‑
40min使介孔碳表面的氧化石墨烯得到部分还原，抽滤，滤饼置于真空干燥箱内60
‑
70℃充分干燥，即得。4.根据权利要求2所述的一种介孔碳改性导电沥青，其特征在于，浓硫酸、介孔碳粉末、硝酸钠粉末和高锰酸钾的用量比为30
‑
35mL：0.5
‑
1g：0.5g:3g，第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：许银行，张迎菊，汪托，章坤鹏，许荣华，田辉黎，王蒙，贾莉浩，周楚尧，
申请(专利权)人：武汉市政工程设计研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：