[发明专利]一种基于石墨烯和环氧树脂改性的地聚物水泥及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于石墨烯和环氧树脂改性的地聚物水泥，所述地聚物水泥中含有石墨烯/环氧树脂复合材料。本发明将石墨烯/环氧树脂复合材料作为地聚物水泥的改性剂，能够使石墨烯均匀分散在地聚物水泥中，解决了石墨烯在块体材料中易团聚的问题。本发明制备的改性地聚物水泥的机械性能，包括耐冲击性、拉伸性能和弯曲性能大大提高。作为建筑用料质量良好、成分均匀、易于产业化。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种基于石墨烯和环氧树脂改性的地聚物水泥，以及该地聚物水泥的制备方法。

背景技术

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(例如偏高岭土)、工业废渣或矿渣，以及碱激发剂为原料，在较低的温度条件下(50～180℃)通过化学反应得到的具有与陶瓷和普通水泥性能相似的新材料。从结构上来说，地聚物水泥是由Si、O、Al元素以共价键连接成骨架的无机聚合物，其三维网状结构由硅氧四面体和铝氧四面体连接组成。

由于形成1吨的普通水泥会产生约1吨CO₂，而形成1吨的地聚物水泥仅产生约0.1吨CO₂，因此地聚物水泥的生产过程明显更加环保。此外，地聚物水泥的生产能耗仅为普通水泥的1/3，这是因为普通水泥的生产需要在极高的温度(1450℃)下煅烧石灰石和粘土，而地聚物水泥的生产中常用的高岭土仅需要在大约750℃下煅烧，或者从无需煅烧的工业废渣中得到。

目前，由于人们想利用的地聚物水泥的原材料为工业废渣，在聚合反应中活性过低，导致其机械性能比普通水泥差。因此，人们希望对地聚物水泥进行改性，以进一步提高其机械强度，例如抗弯、抗压强度等。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种基于石墨烯和环氧树脂改性的地聚物水泥。

本发明的第二目的在于提供该地聚物水泥的制备方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明涉及一种基于石墨烯和环氧树脂改性的地聚物水泥，所述地聚物水泥中含有石墨烯/环氧树脂复合材料。

优选地，所述石墨烯/环氧树脂复合材料在所述地聚物水泥中的质量百分含量为1％～10％。

本发明还涉及所述地聚物水泥的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)碱激发剂的制备

将碱金属氢氧化物加入水中形成溶液，然后将所述溶液加入到模数为3～4的碱金属硅酸盐中混合均匀，得到所述碱激发剂，所述碱激发剂的模数为1～2；

优选地，步骤(1)中，所述碱金属氢氧化物为氢氧化钠和/或氢氧化钾，所述碱金属硅酸盐为硅酸钠和/或硅酸钾。

优选地，步骤(1)中，按重量份计，所述碱金属氢氧化物为5～30份，所述碱金属硅酸盐为25～60份，所述水为70～200份。

(2)地聚物水泥的制备

向所述碱激发剂中加入所述石墨烯/环氧树脂复合材料，搅拌均匀后逐渐加入地聚物，持续搅拌后得到所述地聚物水泥。

优选地，所述搅拌时间为10～30min，也可以在该搅拌过程中加入其它添加剂，例如玻璃纤维、增强剂、阻燃剂等。

优选地，步骤(2)中，所述地聚物选自粉煤灰、陶粒、珍珠岩、硅酸盐水泥、炉渣、碎石粒、高岭土、偏高岭土、菱镁矿等中的至少一种。

本发明还涉及所述石墨烯/环氧树脂复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将石墨烯搅拌分散在环氧氯丙烷中，再加入双酚A，搅拌充分后水浴加热至75～80℃；