[發明專利]一種基于石墨烯和環氧樹脂改性的地聚物水泥及其制備方法

有效

• 申請號: 201810847380.0
• 申請日: 2018-07-27
• 公開（公告）號: CN108929060B
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 郭思瑤;王琰帥;趙鐵軍;侯東帥;萬小梅
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: C04B12/00
• 分類號: C04B12/00
• 代理公司: 北京細軟智谷知識產權代理有限責任公司 11471
• 代理人: 付登云

本發明涉及一種基于石墨烯和環氧樹脂改性的地聚物水泥，所述地聚物水泥中含有石墨烯/環氧樹脂復合材料。本發明將石墨烯/環氧樹脂復合材料作為地聚物水泥的改性劑，能夠使石墨烯均勻分散在地聚物水泥中，解決了石墨烯在塊體材料中易團聚的問題。本發明制備的改性地聚物水泥的機械性能，包括耐沖擊性、拉伸性能和彎曲性能大大提高。作為建筑用料質量良好、成分均勻、易于產業化。

技術領域

本發明涉及復合材料技術領域，具體涉及一種基于石墨烯和環氧樹脂改性的地聚物水泥，以及該地聚物水泥的制備方法。

背景技術

目前，地聚物水泥是最有前景的普通水泥的代替物。地聚物水泥是以粘土(例如偏高嶺土)、工業廢渣或礦渣，以及堿激發劑為原料，在較低的溫度條件下(50～180℃)通過化學反應得到的具有與陶瓷和普通水泥性能相似的新材料。從結構上來說，地聚物水泥是由Si、O、Al元素以共價鍵連接成骨架的無機聚合物，其三維網狀結構由硅氧四面體和鋁氧四面體連接組成。

由于形成1噸的普通水泥會產生約1噸CO₂，而形成1噸的地聚物水泥僅產生約0.1噸CO₂，因此地聚物水泥的生產過程明顯更加環保。此外，地聚物水泥的生產能耗僅為普通水泥的1/3，這是因為普通水泥的生產需要在極高的溫度(1450℃)下煅燒石灰石和粘土，而地聚物水泥的生產中常用的高嶺土僅需要在大約750℃下煅燒，或者從無需煅燒的工業廢渣中得到。

目前，由于人們想利用的地聚物水泥的原材料為工業廢渣，在聚合反應中活性過低，導致其機械性能比普通水泥差。因此，人們希望對地聚物水泥進行改性，以進一步提高其機械強度，例如抗彎、抗壓強度等。

鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明的第一目的在于提供一種基于石墨烯和環氧樹脂改性的地聚物水泥。

本發明的第二目的在于提供該地聚物水泥的制備方法。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

本發明涉及一種基于石墨烯和環氧樹脂改性的地聚物水泥，所述地聚物水泥中含有石墨烯/環氧樹脂復合材料。

優選地，所述石墨烯/環氧樹脂復合材料在所述地聚物水泥中的質量百分含量為1％～10％。

本發明還涉及所述地聚物水泥的制備方法，所述方法包括以下步驟：

(1)堿激發劑的制備

將堿金屬氫氧化物加入水中形成溶液，然后將所述溶液加入到模數為3～4的堿金屬硅酸鹽中混合均勻，得到所述堿激發劑，所述堿激發劑的模數為1～2；

優選地，步驟(1)中，所述堿金屬氫氧化物為氫氧化鈉和/或氫氧化鉀，所述堿金屬硅酸鹽為硅酸鈉和/或硅酸鉀。

優選地，步驟(1)中，按重量份計，所述堿金屬氫氧化物為5～30份，所述堿金屬硅酸鹽為25～60份，所述水為70～200份。

(2)地聚物水泥的制備

向所述堿激發劑中加入所述石墨烯/環氧樹脂復合材料，攪拌均勻后逐漸加入地聚物，持續攪拌后得到所述地聚物水泥。

優選地，所述攪拌時間為10～30min，也可以在該攪拌過程中加入其它添加劑，例如玻璃纖維、增強劑、阻燃劑等。

優選地，步驟(2)中，所述地聚物選自粉煤灰、陶粒、珍珠巖、硅酸鹽水泥、爐渣、碎石粒、高嶺土、偏高嶺土、菱鎂礦等中的至少一種。

本發明還涉及所述石墨烯/環氧樹脂復合材料的制備方法，所述方法包括以下步驟：

(1)將石墨烯攪拌分散在環氧氯丙烷中，再加入雙酚A，攪拌充分后水浴加熱至75～80℃；