一種氧化石墨烯的改性方法
【專利說明】一種氧化石墨烯的改性方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種氧化石墨烯的改性方法，主要應(yīng)用于高強高韌耐久性水泥基材料的制備，屬于建筑材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0003]目前，國內(nèi)外混凝土的發(fā)展方向是低碳、綠色、耐久，通過提高混凝土材料的強度和韌性是實現(xiàn)混凝土耐久問題的關(guān)鍵，從而實現(xiàn)建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
[0004]石墨烯是近來人類發(fā)現(xiàn)的強度最大、韌性最好、比表面積最大的材料，氧化石墨烯(GO)是指通過濃硫酸、高錳酸鉀等對石墨進行氧化，將羥基(一 OH)、羧基(一 COOH)、環(huán)氧基(一O—)等插入石墨片層，除了改善石墨烯的親水性之外，還具有與石墨烯相媲美的力學(xué)性能，引起了混凝土界的廣泛關(guān)注。
[0005]研宄表明GO納米片層具有比較大的比表面積，表面含氧活性基團可作為水化晶體的形核位點，促進C 一 S — H凝膠形核，提高強度；理論抗拉強度為130GPa，在水泥基材料中可承載應(yīng)力；G0納米片層填充毛細孔，降低孔隙率，在水泥基體中起到“橋接”作用，使水泥基體結(jié)構(gòu)變得緊湊，具有增強增韌的效果。但是GO增強增韌的潛能是以其均勻分散為前提，需要注意的是GO均勻分散在水中和水泥顆粒中并不等于它能在早齡期(45 mins初凝以前)水泥漿體中中均勻分散。GO表面的一 OH和一 COOH等官能團電離而使表面帶負電，布朗運動能使其穩(wěn)定分散在水中，但是由于水化反應(yīng)使水泥漿體中存在大量Ca(OH)2、C aS04等電解質(zhì)，GO膠體遇到帶正電荷的Ca2+會聚沉，無法實現(xiàn)在水泥基體中的分散，不能發(fā)揮增強增韌的作用。
[0006]已發(fā)表的專利，例如:專利號為CN103058541A的“氧化石墨烯作為水泥早期強度增強劑的應(yīng)用”和專利號為CN103274646的“一種氧化石墨烯水泥基復(fù)合材料應(yīng)力傳感器”提出“將GO在去離子水中超聲分散3hrs并攪拌，然后按照水泥試件的制備方法制備GO改性水泥”，未提及GO在水泥基的分散情況。專利號為CN103193426的“一種氧化石墨烯改性聚合物水泥防水涂料的制備方法”和專利號為CN104058676A的“一種高韌性混凝土及其制備方法”雖然將GO與減水劑攪拌之后再與水泥混合，但并沒有驗證減水劑是否改性GO使其能穩(wěn)定分散在早齡期水泥漿體中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明目的:本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種氧化石墨烯的改性方法，通過本發(fā)明方法改性后的氧化石墨烯能穩(wěn)定均勻分散在早齡期水泥漿體中。
[0008]
【發(fā)明內(nèi)容】
:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)手段為:
一種氧化石墨烯的改性方法，包括如下步驟:
步驟I，氧化石墨稀的制備: 將0.5~lg的石墨烯與20~60 ml質(zhì)量百分比為98%的濃硫酸混合，將混合物料置于冰水浴中；往混合物料中先加入0.2~lg NaN03反應(yīng)一段時間后再加入2~10 g高猛酸鉀進行反應(yīng)；將反應(yīng)溫度升至30~60 °C反應(yīng)0.5-5 hrs后依次往混合物料中加入50 — 150 ml去離子水和2~10 ml質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為30%雙氧水，待溶液冷卻反應(yīng)完全后對產(chǎn)物進行離心分離并清洗即可得到氧化石墨烯；
步驟2，氧化石墨烯的改性:
將步驟I得到的氧化石墨稀配制成濃度為0.2-5 mg/ml的氧化石墨稀分散液，將所需量的氧化石墨烯分散液置于水浴鍋中，邊攪拌邊往氧化石墨烯分散液中滴加所需量的改性劑，充分反應(yīng)后對混合溶液進行超聲處理即可得到改性的氧化石墨烯分散液，其中，所述改性劑為聚羧酸系高效減水劑。
[0009]其中，步驟I中，所述冰水浴的溫度為0~40C。
[0010]其中，步驟2中，所述水浴鍋的溫度為60~80°C，羧酸酐的生成條件是加熱，加熱會增加反應(yīng)物的反應(yīng)活性，加快GO片層的布朗運動，使兩者相遇的機率增加，有利于反應(yīng)的進行，發(fā)明人經(jīng)過大量實驗表明PC改性GO時，60 — 80 0C的反應(yīng)溫度對GO的改性效果最佳。
[0011]其中，步驟2中，所述超聲時間為0.5~1 hrs。
[0012]其中，步驟2中，所述改性劑的添加量為氧化石墨烯質(zhì)量的6~8倍。
[0013]其中，步驟2中，所述改性劑為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)20~50%的聚羧酸系高效減水劑。
[0014]有益效果:相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明方法采用聚羧酸系高效減水劑(PC)改性氧化石墨烯(GO)，PC通過共價作用接枝在GO表面，降低了 GO納米片層對Ca2+的吸附程度，從而解決了 GO膠體在遇到帶正電荷Ca2+會發(fā)生的聚沉問題，進而保證了 GO在早齡期水泥漿體中能均勻穩(wěn)定分散，本發(fā)明的改性劑通過共價鍵接枝到GO片層，不僅使GO能在水泥顆粒中能夠均勻分散，也能在早齡期水泥漿體中均勻分散，可有效解決GO用于增強增韌水泥基材料的均勻分散問題。
【附圖說明】
[0015]圖1為實施例1改性氧化石墨烯改性前后的紅外光譜圖和聚羧酸系高效減水劑(PC)的紅外光譜圖:其中，GO對應(yīng)的是氧化石墨烯改性前的紅外光譜圖；G0/PC對應(yīng)的是氧化石墨烯改性后的紅外光譜圖；PC對應(yīng)的是聚羧酸系高效減水劑的紅外光譜圖；
圖2為實施例1的改性氧化石墨烯改性前后的XRD圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本
【發(fā)明內(nèi)容】
作進一步說明。
[0017]一種氧化石墨烯改性的方法，包括如下步驟:
步驟I，氧化石墨稀的制備:
將0.5~lg的石墨烯與20~60 ml質(zhì)量百分比為98%的濃硫酸混合，在0~4°C冰水浴中攪拌10 - 15 mins ;往混合溶液中加入0.2~lg NaNO3，反應(yīng)20~30 mins后再往混合物料中加入2~10 g高猛酸鉀，邊反應(yīng)邊攪拌30 — 80 mins ;將反應(yīng)溫度升至30~60 °C反應(yīng)0.5~5hrs后依次往混合物料中加入50 - 150 ml去離子水和2~10 ml30%雙氧水，待溶液冷卻反應(yīng)完全后對產(chǎn)物進行離心分離并清洗即可得到氧化石墨烯；
步驟2，氧化石墨烯的改性:
將步驟I得到的氧化石墨稀配制成濃度為0.2-5 mg/ml的氧化石墨稀分散液，將所需量的氧化石墨烯分散液置于60~80°C水浴鍋中，邊攪拌邊往氧化石墨烯分散液中滴加改性劑，反應(yīng)20~30 mins后再超聲0.5~1 hrs即可得到改性的氧化石墨稀，反應(yīng)時間20~30mins是為了保證GO與PC在溶液中完全均勻的混合，其中，改性劑的添加量為氧化石墨烯質(zhì)量的6-8倍，改性劑為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)20~50%的聚羧酸系高效減水劑。
[0018]實施例1
一種氧化石墨烯改性的方法，包括如下步驟:
步驟I，氧化石墨稀的制備:
將I g石墨粉加入三口燒瓶中，加入23ml 98% Wt的濃硫酸，在0°C冰水浴中攪拌15mins ;往混合溶液中加入Ig NaNO3 (純度彡99.0%)，反應(yīng)20 mins后緩慢加入3g高猛酸鉀(純度彡99.5%)，繼續(xù)攪拌40 mins ;隨后升溫至35°C反應(yīng)2 hrs后緩慢加入去離子水70ml，最后加入3 ml 30%雙氧水，待溶液冷卻反應(yīng)完全后對產(chǎn)物進行離心分離并清洗即可得到氧化石墨稀;
步驟2，氧化石墨烯的改性:
將氧化石墨烯溶膠用超聲波清洗儀超聲I h使其溶解，得到濃度為2 mg/ml的淡棕色氧化石墨烯分散液；取30 ml該溶液置于80°C水浴鍋中，在攪拌下緩慢滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的聚羧酸系高效減水劑10g，反應(yīng)30 mins后超聲I h即可得到改性的氧化石墨烯。
[0019]將實施例1得到的改性氧化石墨烯滴入飽和氫氧化鈣溶液中，微微振蕩，沒有產(chǎn)生聚沉現(xiàn)象，說明改性成功。
[0020]實施例2
一種氧化石墨烯改性的方法，包括如下步驟:
步驟I同實施例1;
步驟2，氧化石墨烯的改性:<