CN105273445B - 一种纳米碳复合硅藻土及其制备方法 - Google Patents

一种纳米碳复合硅藻土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纳米碳复合硅藻土及其制备方法，该方法具体步骤为：将硅藻土与纳米碳材料，通过真空机械搅拌均匀混合，制成纳米碳与硅藻土均匀分散的复合硅藻土。该产品与适量水混合后即可作为涂料使用，相对于普通硅藻土，其具备不易粘灰尘、成型后强度高、耐久性高等优点。该产品的制备方法简单，易于产业化。

Description

一种纳米碳复合硅藻土及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种纳米碳复合硅藻土及其制备方法，属于无机非金属复合材料应用领域。
背景技术
在装修的新房间内,通常建材、家具、油漆、地板等会散发甲醛、苯、氡等有害物质，造成室内空气的污染，给人体带来极大的伤害。硅藻土作为一种极佳的环保型涂料，具有良好的保温隔热效果，对空气中有害物质吸收率高，而且可以释放负氧离子。
但硅藻土涂料也具备很多缺点，其中最突出的就是表面除尘困难及涂层强度问题。房屋内部装修一般使用时间一般超过二十年，这期间硅藻土在长时间使用后表面会沉积大量灰尘，而且由于其表面凹凸不平，极难清理，成为其在国内市场，尤其当前国内普遍较差的空气质量下的推广难以解决的问题。硅藻土涂料另一个缺点是强度问题，由于硅藻土涂层表面粗糙不平，很多硅藻泥产品容易掉粉，不但增加室内粉尘量，而且影响墙面美观。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种纳米碳复合硅藻土及其制备方法。该方法可以将纳米碳有效地分散在硅藻土基体中，从而提高抗静电性、强度、耐久性等性能。
为解决上述第一方面的技术问题，本发明提供一种纳米碳复合硅藻土，其通过如下方式制备得到：将硅藻土和纳米碳材料分别烘干，纳米碳材料占硅藻土和纳米碳材料总重量的0.5-20.0wt.％；
(2)利用真空搅拌机，将烘干后的硅藻土与纳米碳材料初步混合后，抽真空并保持真空度不高于-0.5MPa，真空混合一段时间后即得到纳米碳复合硅藻土。
优选地，纳米碳材料占硅藻土和纳米碳材料总重量的1.0-10.0wt.％。
所述硅藻土颗粒粒径为0.01-100μm。当硅藻土颗粒粒径为0.7-1.5μm时，碳纳米管的管径为30-90nm时，碳纳米管复合硅藻土的表面电阻降低至102-8次方，极大地提高了硅藻土的抗静电性能。
所述硅藻土中包括但不限于SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5和有机质等成分。
所述纳米碳材料选自碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯、富勒烯中的一种或几种。碳纳米管可以包括单壁管，还可以包括多壁管，管径为2-100nm。
为解决上述第二方面的技术问题，本发明提供一种纳米碳复合硅藻土的制备方法，包括以下步骤：
(A)将硅藻土和纳米碳材料分别烘干，纳米碳材料占硅藻土和纳米碳材料总重量的0.5-20.0wt.％；
(B)利用真空搅拌机，将烘干后的硅藻土与纳米碳材料初步混合后，抽真空并保持真空度不高于-0.5MPa，真空混合一段时间后即得到纳米碳复合硅藻土。
所述步骤(A)中，硅藻土和纳米碳材料经烘干后，含水量分别不高于5％。
所述步骤(B)中，所述纳米碳复合硅藻土真空混合阶段的混合时间，不小于0.5小时。
本发明制备得到的纳米碳复合硅藻土具有以下优点，碳纳米管本身具有高导电性，加入硅藻土中并达到3％含量,就可以使涂层的电阻率降至10E8oum·cm以下，极大地减小墙面的静电吸附作用，从而降低墙体涂料表面的灰尘堆积速度。另外，碳纳米管作为高强度超细纤维，对硅藻土基体材料的强度和耐磨性能有很大的提升。
附图说明
附图1为本发明实施例1制备得到的碳纳米管复合硅藻土中碳纳米管的分散效果SEM图。
图2为本发明实施例1制备得到的碳纳米管复合硅藻土中碳纳米管的质量含量与复合硅藻土导电性能关系曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行更详细地说明。
实施例1
选取硅藻土，主要成分为SiO2，同时含有部分Al2O3、CaO和MgO等和少量有机质，其粒径约为0.7-1.5μm。选取碳纳米管作为助剂，其直径约70nm，平均长度约5μm。将硅藻土和碳纳米管分别于105℃、-0.9MPa条件下真空干燥4小时。然后测试硅藻土和碳纳米管的含水量均小于0.5wt.％。将碳纳米管100g和硅藻土900g先后装入真空搅拌器，然后抽真空至约-0.1MPa时，开始搅拌。计时约1.5小时后停止搅拌，收料，即得到含碳纳米管4wt.％的复合硅藻土。经和泥涂膜测试，相比未加碳纳米管的硅藻土，碳纳米管复合硅藻土的表面电阻降低至107次方欧姆*厘米，极大地提高了硅藻土的抗静电性能。
实施例2
选取硅藻土，主要成分为SiO2，同时含有部分Al2O3、CaO和MgO等和少量有机质，其粒径约为0.7-1.5μm。选取碳纳米管作为助剂，其直径约60nm，平均长度约5μm。将硅藻土和碳纳米管分别于105℃、-0.9MPa条件下真空干燥4小时。然后测试硅藻土和碳纳米管的含水量均小于0.5wt.％。将碳纳米管50g和硅藻土950g先后装入真空搅拌器，然后抽真空至约-0.1MPa时，开始搅拌。计时约3小时后停止搅拌，收料，即得到含碳纳米管5wt.％的复合硅藻土。经和泥涂膜测试，相比未加碳纳米管的硅藻土，碳纳米管复合硅藻土的表面电阻降低至104次方欧姆*厘米，极大地提高了硅藻土的抗静电性能。
实施例3
选取硅藻土，主要成分为SiO2，同时含有部分Al2O3、CaO和MgO等和少量有机质，其粒径约为0.1-0.5μm。选取碳纳米管作为助剂，其直径约40nm，平均长度约5μm。将硅藻土和碳纳米管分别于105℃、-0.9MPa条件下真空干燥4小时。然后测试硅藻土和碳纳米管的含水量均小于0.5wt.％。将碳纳米管50g和硅藻土950g先后装入真空搅拌器，然后抽真空至约-0.1MPa时，开始搅拌。计时约3小时后停止搅拌，收料，即得到含碳纳米管5wt.％的复合硅藻土。经和泥涂膜测试，相比未加碳纳米管的硅藻土，碳纳米管复合硅藻土的表面电阻降低至103次方欧姆*厘米，极大地提高了硅藻土的抗静电性能。
试验例
根据上述的实施例1-3，采用同样的方法条件，分别选取碳纳米管管径90nm,管径70nm，管径60nm，管径40nm制备碳纳米管复合硅藻土，分别测定其电阻率。结果如下：
结论:通过上述的数据可知，在管径为70nm时，添加至4％，电阻率可达到107欧姆*厘米，具有较好的抗静电效果；碳纳米管在管径为60nm时，添加至5％，电阻率可达到104欧姆*厘米，达到导电级别；碳纳米管在管径为40nm时，同样添加至5％，电阻率可达到103欧姆*厘米，由于表面积增大，使复合材料具有更好的导电性。因此通过选用不同管径碳纳米管，加入基体中至含量不超过5％时，即可达到抗静电效果，甚至导电效果，保证了制备得到的碳纳米管复合硅藻土的的导电率，充分说明了本发明的益处和创新。

Claims (2)

1.一种纳米碳复合硅藻土，其特征在于，其通过如下方式制备得到：
选取硅藻土，主要成分为SiO2，同时含有部分Al2O3、CaO、MgO和少量有机质，其粒径约为0.7-1.5μm；选取碳纳米管作为助剂，其直径约70nm，平均长度约5μm；将硅藻土和碳纳米管分别于105℃、-0.9MPa条件下真空干燥4小时；
然后测试硅藻土和碳纳米管的含水量均小于0.5wt.％，将碳纳米管100g和硅藻土900g先后装入真空搅拌器，然后抽真空至约-0.1 MPa时，开始搅拌；计时约1.5小时后停止搅拌，收料，即得到含碳纳米管4wt.％的复合硅藻土。
2.一种纳米碳复合硅藻土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
选取硅藻土，主要成分为SiO2，同时含有部分Al2O3、CaO、MgO和少量有机质，其粒径约为0.7-1.5μm；选取碳纳米管作为助剂，其直径约70nm，平均长度约5μm；将硅藻土和碳纳米管分别于105℃、-0.9MPa条件下真空干燥4小时；
然后测试硅藻土和碳纳米管的含水量均小于0.5wt.％，将碳纳米管100g和硅藻土900g先后装入真空搅拌器，然后抽真空至约-0.1 MPa时，开始搅拌；计时约1.5小时后停止搅拌，收料，即得到含碳纳米管4wt.％的复合硅藻土。
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