[發(fā)明專利]一種制備二氧化硅納米粒子-氧化石墨烯-植物纖維復(fù)合物的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910151142.0
• 申請日: 2019-02-28
• 公開（公告）號: CN109650845B
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙麗;吳浩;章嘉穎;劉園園;郭新立
• 申請（專利權(quán)）人: 常州工學院
• 主分類號: C04B30/02
• 分類號: C04B30/02;C01B32/198;C01B33/18
• 代理公司: 常州西創(chuàng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32472
• 代理人: 張磊

本發(fā)明屬于建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，公開一種制備二氧化硅納米粒子－氧化石墨烯－植物纖維復(fù)合物的方法。包括以下步驟：1.對天然植物纖維進行前處理；2.制備氧化石墨烯分散液；3.制備二氧化硅納米粒子－氧化石墨烯分散液；4.將植物纖維浸入一定濃度的二氧化硅納米粒子－氧化石墨烯分散液中，充分浸透后取出烘干。所述復(fù)合物的植物纖維表面包覆的二氧化硅納米粒子與水化產(chǎn)物氫氧化鈣發(fā)生火山灰反應(yīng)，不僅能降低水泥基體的堿性，進而減少對植物纖維的侵蝕，生成的水化硅酸鈣還能提高植物纖維與水基體界面的粘結(jié)性，氧化石墨烯的活性官能團與水化產(chǎn)物間的反應(yīng)也能提高植物纖維與水泥基體界面的粘結(jié)強度，在增韌阻裂水泥基材料方面有很大的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及在植物纖維表面包覆二氧化硅納米粒子和氧化石墨烯復(fù)合物的方法，屬于建筑材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

水泥基材料是目前世界上使用最多的建筑材料，但是它是脆性材料、易開裂。研究表明纖維對水泥基材料的開裂有很好的控制作用。鋼纖維和人工合成纖維在一定程度上能提高混凝土的韌性，但是提高了混凝土的成本。為有效降低纖維混凝土的成本，研究者開始利用在自然界分布廣泛、價格低廉、取材方便的植物纖維來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工合成纖維。植物纖維應(yīng)用于水泥基復(fù)合材料，不僅能夠改善韌性，還能夠促進可持續(xù)發(fā)展，具有生態(tài)效應(yīng)，符合發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的重大戰(zhàn)略。

纖維與水泥基體之間界面較強的粘結(jié)性是纖維改性水泥基復(fù)合材料獲得高韌性的必要條件。然而，植物纖維與水泥基體界面粘結(jié)性較差，需要對它進行表面改性提高植物纖維與水泥基體之間的界面粘結(jié)性。

此外，植物纖維在水泥基復(fù)合材料中的耐久性問題限制了其在建筑材料領(lǐng)域的應(yīng)用。水泥水化產(chǎn)生的氫氧化鈣溶于水中，使水泥漿體孔溶液呈堿性。堿性環(huán)境會使植物纖維中的半纖維素和木質(zhì)素溶液，破壞纖維的結(jié)構(gòu)使纖維的強度和韌性下降。此外，鈣離子進入植物纖維內(nèi)部孔隙結(jié)晶，使纖維“礦化”，逐漸失去柔性而僵硬化，易發(fā)生脆性斷裂。因此，解決植物纖維在水泥基體中的耐久性問題是將植物纖維代替人工合成纖維增韌水泥基復(fù)合材料的前提條件。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的提供一種制備二氧化硅納米粒子－氧化石墨烯－植物纖維的方法。該方法利用植物纖維多孔吸水特性將分散在水中的二氧化硅納米粒子及氧化石墨烯片層包裹在植物纖維表面。二氧化硅的火山灰活性可生成致密水化硅酸鈣凝膠，提高纖維與水泥基界面的粘結(jié)強度，同時降低水泥基體堿性，進而減少對植物纖維的侵蝕。此外，氧化石墨烯的活性官能團與水化產(chǎn)物之間的化學反應(yīng)能進一步提高植物纖維與水泥基體界面的粘結(jié)強度。該工藝流程簡單易操作，有望大規(guī)劃應(yīng)用于綠色建筑行業(yè)。

為實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明提供了一種制備二氧化硅納米粒子－氧化石墨烯－植物纖維物合物的方法，該方法包括以下過程：

1)對植物纖維進行前處理；

2)制備氧化石墨烯分散液；

3)制備二氧化硅納米粒子－氧化石墨烯分散液：將二氧化硅納米粒子與表面活性劑加入氧化石墨烯分散液中，通過電磁攪拌和超聲振蕩形成二氧化硅納米粒子－氧化石墨烯分散液；

4)二氧化硅納米粒子－氧化石墨烯－植物纖維復(fù)合物的制備：將前處理的植物纖維浸入二氧化硅納米粒子分散液中，充分浸透后取出烘干。

所述的步驟1)中，植物纖維的前處理包括：①將植物纖維根據(jù)增韌水泥基復(fù)合材料的要求進行裁剪；②用清水洗凈植物纖維表面的雜物；③將水洗過的植物纖維在堿性溶液中處理；④將堿處理后的植物纖維用清水清至中性后烘干。

所述的步驟1)中，所述堿性溶液為pH為13～14的NaOH或KOH溶液，所述植物纖維在堿性溶液中浸泡的時間為0.5～1h。

所述的步驟2)中，用改進Hummers法制備氧化石墨烯，配置的氧化石墨烯分散液濃度為1～3mg/ml。