[发明专利]一种改性碳纳米管-硅烷偶联剂-地聚合物基复合材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种改性碳纳米管‑硅烷偶联剂‑地聚合物基复合材料，由如下重量份的原料制备而成：100份硅铝质材料，60‑80份激发剂，0.1‑0.9份改性碳纳米管，0.1‑0.5份硅烷偶联剂水解液，0.03‑0.27份分散剂，0.1‑0.5份聚羧酸减水剂。本发明以高硅铝质材料、激发剂为主要原料，碳纳米管和硅烷偶联剂作为改性材料，分散剂、减水剂为外加剂，实现无机材料与有机材料的有效复合，该复合材料强度高、韧性好，有效解决了传统地聚合物存在的脆性大、固化时易失水开裂的问题。

技术领域

本发明涉及一种改性碳纳米管-硅烷偶联剂-地聚合物基复合材料，属于地聚合物技术领域。

背景技术

众所周知，传统的水泥生产过程中会产生大量的二氧化碳排放，而过量的二氧化碳排放将导致全球变暖，因此必须找到经济和环保型材料代替传统的水泥。地聚物具有早期强度高，耐高温，经济和环保等优点，是代替水泥材料的最佳选择之一。地聚合物是硅铝质原料，在碱性激发剂作用下，通过“溶解-单体重构-缩聚”形成具有由氧化硅四面体和铝氧四面体共用氧原子组成三维网状骨架结构的类似地壳中一些天然矿物结构的无机聚合铝硅酸盐材料。与普通硅酸盐水泥生产相比，地聚合物生产过程不但能源消耗低，为普通硅酸盐水泥的30％左右；而且有害气体的排放少，CO₂排放量仅为普通硅酸盐水泥的9％；同时可大量利用工业废渣，如粉煤灰、煤矸石等。地聚合物胶凝材料本身具有早强快硬、渗透率低、耐腐蚀、良好的耐久性等优良性能，可应用于混凝土材料的修补、应急抢修、核废物及危险物固化处置、海洋环境工程等领域，但该材料存在脆性大、固化时易失水开裂等主要问题。为此有学者进行了改性研究，例如，申请号201910537921.4的中国发明专利公开了一种苯丙乳液增韧地聚合物及其制备方法；申请号201810203132.2的中国发明专利公开了一种环氧树脂增韧偏高岭土基地聚合物及其制备方法；申请号201910062137.2的专利超高韧性地聚合物及其制备方法，所用的硅烷偶联剂溶液为聚乙烯醇纤维；阚鑫禹等发表了聚乙烯醇改性地质聚合物复合材料的性能研究的文章；等等。以上专利或文章所采用的改性剂都是高分子材料，而高分子材料存在易老化，不耐高温等缺陷，并且这些地聚合物在水化硬化后，硬化体中存在一定量的孔径为50～200nm有害孔，不但影响强度，也影响其抗冻性、耐久性等综合性能，制约了地聚合物的推广应用。

发明内容

本发明的目的在于解决传统地聚合物胶凝材料存在的脆性大、固化时易失水开裂及存在有害孔等问题，提供一种改性碳纳米管-硅烷偶联剂-地聚合物基复合材料，其强度高、韧性好、耐高温性能好，附加值高。

本发明的另一目的在于提供上述改性碳纳米管-硅烷偶联剂-地聚合物基复合材料的制备方法。

技术方案

本发明以硅铝质材料、激发剂为主要原料，改性碳纳米管和硅烷偶联剂作为改性材料，分散剂、减水剂为外加剂，实现无机材料与有机材料的复合，制得改性碳纳米管/硅烷偶联剂/地聚合物基复合材料。具体方案如下：

一种改性碳纳米管-硅烷偶联剂-地聚合物基复合材料，由如下重量份的原料制备而成：100份硅铝质材料，60-80份激发剂，0.1-0.9份改性碳纳米管，0.1-0.5份硅烷偶联剂水解液，0.03-0.27份分散剂，0.1-0.5份聚羧酸减水剂；所述硅铝质原料为偏高岭土、煤矸石、粉煤灰或矿渣中的任意一种。

所述碱激发剂的制备方法：将10～20重量份的氢氧化钠与80～100重量份的模数为2.6-3.4的水玻璃溶液混合搅拌，直至氢氧化钠全部溶解，静置24h后，得到碱激发剂。

进一步，所述硅烷偶联剂水解液的制备方法：将硅烷偶联剂与去离子水按重量比为5﹕2混合后，加入冰醋酸调节pH值为3.5，即得；所述硅烷偶联剂选自A-151、KH550、KH-560或KH-792中的任意一种。

进一步，所述改性碳纳米管为羟基化碳纳米管(TNSSH)或羧基化碳纳米管(TNSSC)中的任意一种。