[發明專利]一種促進碳納米管在水泥基材料中分散的方法

在審

• 申請號: 201910068928.6
• 申請日: 2019-01-24
• 公開（公告）號: CN109626851A
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 朱涵;李宏亮
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C04B20/02
• 分類號: C04B20/02;C04B14/02;C04B18/22
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉子文

本發明公開一種促進碳納米管在水泥基材料中分散的方法，包括以下步驟：(1)準備碳納米管和粒徑為50～70目的橡膠顆粒；(2)按照碳納米管與橡膠顆粒等體積，放入容器中，加入1000倍碳納米管體積的水，手動攪拌4～6分鐘形成碳納米管懸濁液；(3)繼續對容器中的碳納米管懸濁液進行磁力攪拌4～6分鐘；(4)將容器放入超聲波清洗機中，超聲波分散1h后取出得到碳納米管復合分散液。本發明方法是通過橡膠的加入提升傳統水泥基材料抵抗開裂與收縮的能力，提升材料的耐久性，實現水泥基材料強度與延性的雙提高。

技術領域

本發明屬于建筑材料、土木工程領域，特別是涉及一種促進碳納米管在水泥基材料中分散的方法。

背景技術

碳納米管(Carbon Nanotubes,CNTs)單向拉伸強度達到500GPa，破壞時的拉伸應變可以達到30％，彈性模量接近1TPa。在水泥基材料中引入碳納米管，可以在納米尺度改性水泥基材料，提高復合材料力學性能，基于以往的研究碳納米管的加強效應主要由于：①碳納米管呈纖維狀，可以橋接水泥基體受力初期產生的微裂縫；②作為水化的結晶核促進水化過程；③填充水泥基基體中納米尺度的微空隙，是材料更加密實。碳納米管的加入可以極大程度改善當前水泥基材料易開裂、抗拉強度低的缺點，同時對于水泥基材料力學性能、抗滲性能、耐久性具有增強效果。

但是碳納米管由于其超大的比表面積造成巨大的范德華力，引起嚴重的碳納米管團聚，從而加入水泥基材料中不能達到預想的增強效果，為分散的碳納米管團聚顆粒較大，在水泥基材料中形成薄弱空洞，受力條件下這些薄弱點會變成裂縫發展的起始點，導致材料力學性能大幅度降低。而現有的分散方法多以使用化學分散劑與改造碳納米管為主，處理方法復雜且造價較高，同時化學分散劑對水泥基材料性能的影響也沒有全面的分析考證，由于這些因素的限制，目前仍然無法實現碳納米管在水泥基材料領域的大規模應用。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，提供一種促進碳納米管在水泥基材料中分散的方法，本發明基于疏水材料水溶液條件相互吸附原理，利用微小橡膠顆粒分散水溶液環境下的碳納米管：比表面積較小、粒徑較大的橡膠顆粒在在疏水力作用下與碳納米管由于疏水力相互吸附，可以幫助碳納米管分散，減小團聚現象，為解決碳納米管團聚問題提出了新思路。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：一種促進碳納米管在水泥基材料中分散的方法，包括以下步驟：

(1)準備碳納米管和粒徑為50～70目的橡膠顆粒；

(2)按照碳納米管與橡膠顆粒等體積的配比放入容器中，加入1000倍體積水，手動攪拌4～6分鐘形成碳納米管懸濁液；

(3)繼續對容器中的碳納米管懸濁液進行磁力攪拌4～6分鐘；

(4)將容器放入超聲波清洗機中，超聲波分散1h后取出得到碳納米管復合分散液；

(5)使用100倍光學顯微鏡，得到碳納米管復合分散液中碳納米管面積所占總面積的比例δ，以衡量碳納米管的分散情況：

式中：δ表示碳納米管分散度；Sc表示碳納米管復合分散液顯微照片中碳納米管面積；Sz表示碳納米管復合分散液顯微照片總面積。與現有技術相比，本發明的技術方案所帶來的有益效果是：

(1)本發明提供了簡易的分散流程，通過該方法可以幫助碳納米管分散，減小團聚現象，決了碳納米管團聚的難題，為實現碳納米管增強的水泥基材料廣泛應用提供了基礎。

(2)本發明中使用的橡膠顆粒來自廢舊輪胎，可解決由于廢舊輪胎造成的環境污染問題。

(3)橡膠的加入還可以提升傳統水泥基材料抵抗開裂與收縮的能力，提升材料的耐久性，碳納米管與橡膠復合加入，可以實現水泥基材料強度與延性的雙提高。

附圖說明