CN105367007B - 一种掺石墨和聚苯胺的导电混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于复合材料领域，具体涉及一种掺石墨和聚苯胺的导电混凝土及其制备方法，所述的掺石墨和聚苯胺的导电混凝土，包括如下重量份的原料：水泥100‑200份，砂100‑200份，导电聚苯胺8‑70份，石墨7‑80份，水50‑200份，十二烷基苯磺酸钠0.07‑0.8份，分散剂0.08‑0.7份。其制备方法包括按照上述重量份数将导电聚苯胺、石墨、水、十二烷基苯磺酸钠、分散剂进行球磨分散，然后将分散液与所述重量份数的水泥和砂充分搅拌混合，再倒入模板中，随后拆模、养护。本发明制备的导电混凝土以聚苯胺和石墨作为导电组分，其协同增强导电能力，所得导电混凝土具有优异的导电性能和较强的耐压强度，适于实用；本发明的制备工艺简便，原料易得，成本低廉，但是性能优异，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于复合材料领域，具体涉及一种掺石墨和聚苯胺的导电混凝土及其制备方法。
背景技术
导电混凝土是指在普通混凝土中掺入适量导电组分材料而形成的一种多相复合材料。与普通混凝土相比，导电混凝土具有优异的导电性能，在电工、电磁干扰屏蔽、工业防静电、电力设备接地工程、钢筋阴极保护、建筑地面采暖和路面除冰融雪等方面具有很好的应用前景。聚苯胺作为一种导电高分子材料，具有优良的导电性、环境稳定性、合成成本低、无毒、以及独特的掺杂机制等优点。石墨的导电性比一般非金属矿高一百倍，并且具有优异的耐高温性能、化学稳定性和可塑性。然而，现有技术中多有报导，当仅以石墨作为导电组份且其他组份的含量按照常规混凝土配比时，制得的导电混凝土的抗压强度迅速下降，当石墨质量分数达到5％以上时，混凝土的抗压强度降到10MPa以下，不适于实用(石墨导电混凝土的研究.混凝土,2004(2):21—24，沈刚、董发勤等)。把聚苯胺和石墨结合作为导电混凝土的导电集料，制备的导电混凝土具有优异的导电性能、环境稳定性、高抗压强度性能，并且其制备成本低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种导电性能好、环境稳定性好且耐压强度大的导电混凝土。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种掺石墨和聚苯胺的导电混凝土，包括如下重量份的原料：水泥100-200份，砂100-200份，导电聚苯胺8-70份，石墨7-80份，水50-200份，十二烷基苯磺酸钠0.07-0.8份，分散剂0.08-0.7份。
具体的，所述水泥为复合水泥。
具体的，所述导电聚苯胺的电导率为1-10S/cm。所述导电聚苯胺可以通过现有技术中已有的氧化合成法制备，其过程包括将苯胺溶于酸溶液形成可溶苯胺盐，然后使用均相或乳液聚合法合成导电聚苯胺，往可溶苯胺盐中滴加过硫酸铵的酸溶液或其他氧化性引发剂，最终得到电导率较大的导电聚苯胺，所述酸可以为盐酸或硫酸。导电聚苯胺导电性好、无毒及合成简单的特性，使其成为导电混凝土优选的导电组份。
具体的，所述石墨为膨胀石墨。膨胀石墨除了具备天然石墨本身的耐冷热、耐腐蚀、自润滑等优良性能以外，还具有天然石墨所没有的柔软、压缩回弹性、吸附性、生态环境协调性、生物相容性、耐辐射性等特性。因而掺入膨胀石墨可以为混凝土带来更多的优异性能。
具体的，所述分散剂为Tego 760W水性分散剂，即通常使用的迪高分散剂中的一种。
优选的，所述分散剂与所述导电聚苯胺的重量比例为1：100。
优选的，所述十二烷基磺酸钠与所述石墨的重量比例为1：100。
本发明还提供上述掺石墨和聚苯胺的导电混凝土的制备方法，包括如下步骤：
各原料的重量份数均按同一重量单位计，
S1:将导电聚苯胺8-70份、石墨7-80份、十二烷基苯磺酸钠0.07-0.8份、水50-200份和分散剂0.08-0.7份混合后进行球磨分散处理，得到聚苯胺和石墨的混合分散液；
S2:将水泥100-200份、砂100-200份和S1制备的全部聚苯胺和石墨的混合分散液一起加入搅拌机中充分搅拌，得各原料混合均匀的混合物；
S3:将S2中制备的混合物倒入模具中制样，充分振捣后在室温下静置1天，拆模，取出样块，放入混凝土养护箱中进行标准养护；
S4:将S3中的样块从养护箱中取出，置于室温和干燥条件下养护7天，得掺石墨和聚苯胺的导电混凝土。
具体的，S1制得的聚苯胺和石墨混合分散液中所述聚苯胺的粒径在100μm以下。
具体的，S3中所述的标准养护为在20±2℃和相对湿度95％以上的环境下养护28天。
相较于现有技术，本发明提供的掺石墨和聚苯胺的导电混凝土及其制备方法，具有以下有益效果：本发明制备的导电混凝土以聚苯胺和石墨作为导电组分，具有优异的导电性能、环境稳定性能和耐高温性能等，并且制备成本远低于传统聚合物混凝土；本发明制备的导电混凝土由于砂的加入量大，其耐压强度大，完全可以应用于实际生产；本发明的导电混凝土的导电组分与其他组分的配比适当，石墨和导电聚苯胺在其掺入的导电混凝土中有协同增强导电能力的作用，可使导电混凝土的导电性有较大提升；本发明的制备工艺简便，原料易得，成本低廉，但是性能优异，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的保护范围。
本发明中所使用的方法，如无特殊规定，均为常规方法，本发明所使用的试剂，如无特殊规定，均为市售产品。
实施例1
掺石墨和聚苯胺的导电混凝土的制备方法，包括如下步骤：
各原料的重量份数均按同一重量单位计，
S1:将电导率为1-5S/cm的导电聚苯胺8份、膨胀石墨7份、十二烷基苯磺酸钠0.07份、水78份和Tego 760W水性分散剂0.08份混合后进行球磨分散处理，得到聚苯胺和石墨的混合分散液；
S2:将复合水泥100份、砂100份和S1制备的全部聚苯胺和石墨的混合分散液一起加入搅拌机中充分搅拌，得各原料混合均匀的混合物；
S3:将S2中制备的混合物倒入模具中制样，充分振捣后在室温下静置1天，拆模，取出样块，放入混凝土养护箱中进行标准养护；
S4:将S3中的样块从养护箱中取出，置于干燥条件下养护7天，得掺石墨和聚苯胺的导电混凝土。
实施例2
掺石墨和聚苯胺的导电混凝土的制备方法，包括如下步骤：
各原料的重量份数均按同一重量单位计，
S1:将电导率为1-5S/cm的导电聚苯胺15份、膨胀石墨10份、十二烷基苯磺酸钠0.3份、水112份和Tego 760W水性分散剂0.2份混合后进行球磨分散处理，得到聚苯胺和石墨的混合分散液；
S2:将复合水泥200份、砂100份和S1制备的全部聚苯胺和石墨的混合分散液一起加入搅拌机中充分搅拌，得各原料混合均匀的混合物；
S3:将S2中制备的混合物倒入模具中制样，充分振捣后在室温下静置1天，拆模，取出样块，放入混凝土养护箱中进行标准养护；
S4:将S3中的样块从养护箱中取出，置于室温和干燥条件下养护7天，得掺石墨和聚苯胺的导电混凝土。
实施例3
掺石墨和聚苯胺的导电混凝土的制备方法，包括如下步骤：
各原料的重量份数均按同一重量单位计，
S1:将电导率为1-5S/cm的导电聚苯胺70份、膨胀石墨80份、十二烷基苯磺酸钠0.7份、水98份和Tego 760W水性分散剂0.8份混合后进行球磨分散处理，得到聚苯胺和石墨的混合分散液；
S2:将复合水泥100份、砂100份和S1制备的全部聚苯胺和石墨的混合分散液一起加入搅拌机中充分搅拌，得各原料混合均匀的混合物；
S3:将S2中制备的混合物倒入模具中制样，充分振捣后在室温下静置1天，拆模，取出样块，放入混凝土养护箱中进行标准养护；
S4:将S3中的样块从养护箱中取出，置于室温和干燥条件下养护7天，得掺石墨和聚苯胺的导电混凝土。
实施例4
掺石墨和聚苯胺的导电混凝土的制备方法，包括如下步骤：
各原料的重量份数均按同一重量单位计，
S1:将电导率为5-10S/cm的导电聚苯胺40份、膨胀石墨40份、十二烷基苯磺酸钠0.4份、水139份和Tego 760W水性分散剂0.4份混合后进行球磨分散处理，得到聚苯胺和石墨的混合分散液；
S2:将复合水泥200份、砂200份和S1制备的全部聚苯胺和石墨的混合分散液一起加入搅拌机中充分搅拌，得各原料混合均匀的混合物；
S3:将S2中制备的混合物倒入模具中制样，充分振捣后在室温下静置1天，拆模，取出样块，放入混凝土养护箱中进行标准养护；
S4:将S3中的样块从养护箱中取出，置于室温和干燥条件下养护7天，得掺石墨和聚苯胺的导电混凝土。
实施例5
掺石墨和聚苯胺的导电混凝土的制备方法，包括如下步骤：
各原料的重量份数均按同一重量单位计，
S1:将电导率为5-10S/cm的导电聚苯胺20份、膨胀石墨30份、十二烷基苯磺酸钠0.3份、水110份和Tego 760W水性分散剂0.2份混合后进行球磨分散处理，得到聚苯胺和石墨的混合分散液；
S2:将复合水泥200份、砂100份和S1制备的全部聚苯胺和石墨的混合分散液一起加入搅拌机中充分搅拌，得各原料混合均匀的混合物；
S3:将S2中制备的混合物倒入模具中制样，充分振捣后在室温下静置1天，拆模，取出样块，放入混凝土养护箱中进行标准养护；
S4:将S3中的样块从养护箱中取出，置于室温和干燥条件下养护7天，得掺石墨和聚苯胺的导电混凝土。
对比例1
相比于实施例1，对比例1仅导电聚苯胺和石墨的重量份数有改变，对比例1中不含导电聚苯胺，膨胀石墨的重量份数为15份。
对比例2
相比于实施例1，对比例1仅导电聚苯胺和石墨的重量份数有改变，对比例1中不含石墨，导电聚苯胺的重量份数为15份。
对比例3
相比于实施例2，对比例3仅导电聚苯胺和石墨的重量份数有改变，对比例1中不含导电聚苯胺，膨胀石墨的重量份数为25份。
对比例4
相比于实施例2，对比例4仅导电聚苯胺和石墨的重量份数有改变，对比例1中不含石墨，导电聚苯胺的重量份数为25份。
对实施例1至5和对比例1至4所制得的导电混凝土的基本性能进行测试，测试结果如下表所示：
从上表中可见，按照本发明提供的配比和方法制备的导电混凝土具有较好的导电性能和较大的耐压强度，均可应用于实际生产。且从上表数据中可见，作为导电组份的石墨和导电聚苯胺共同掺入导电混凝土时，比各自单一掺杂的导电性能要好，其可能原因为共同掺入时石墨附着在导电聚苯胺的表面，形成导电能力更强的导电纤维，即协同增强作用，其比单一的均匀分散的石墨或导电聚苯胺在导电混凝土中的导电性好；石墨单一掺入时，导电混凝土的抗压强度相对较低，聚苯胺和石墨共同掺入时导电混凝土的抗压强度比石墨单掺入时有所增强。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种掺石墨和聚苯胺的导电混凝土，其特征在于，包括如下重量份的原料：水泥100-200份，砂100-200份，导电聚苯胺8-70份，石墨7-80份，水50-200份，十二烷基苯磺酸钠0.07-0.8份，分散剂0.08-0.7份。
2.根据权利要求1所述的一种掺石墨和聚苯胺的导电混凝土，其特征在于，所述水泥为复合水泥。
3.根据权利要求1所述的一种掺石墨和聚苯胺的导电混凝土，其特征在于，所述导电聚苯胺的电导率为1-10S/cm。
4.根据权利要求1所述的一种掺石墨和聚苯胺的导电混凝土，其特征在于，所述石墨为膨胀石墨。
5.根据权利要求1所述的一种掺石墨和聚苯胺的导电混凝土，其特征在于，所述分散剂为Tego 760W水性分散剂。
6.根据权利要求1至5任一项所述的一种掺石墨和聚苯胺的导电混凝土，其特征在于，所述分散剂与所述导电聚苯胺的重量比例为1：100。
7.根据权利要求6所述的一种掺石墨和聚苯胺的导电混凝土，其特征在于，所述十二烷基苯磺酸钠与所述石墨的重量比例为1：100。
8.权利要求1至7任一项所述的掺石墨和聚苯胺的导电混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
各原料的重量份数均按同一重量单位计，
S1:将导电聚苯胺8-70份、石墨7-80份、十二烷基苯磺酸钠0.07-0.8份、水50-200份和分散剂0.08-0.7份混合后进行球磨分散处理，得到聚苯胺和石墨的混合分散液；
S2:将水泥100-200份、砂100-200份和S1制备的全部混合分散液一起加入搅拌机中充分搅拌，得各原料混合均匀的混合物；
S3:将S2中制备的混合物倒入模具中制样，充分振捣后在室温下静置1天，拆模，取出样块，放入混凝土养护箱中进行标准养护；
S4:将S3中的样块从养护箱中取出，置于室温和干燥条件下养护7天，得掺石墨和聚苯胺的导电混凝土。
9.根据权利要求8所述的掺石墨和聚苯胺的导电混凝土的制备方法，其特征在于，S1制得的混合分散液中所述聚苯胺的粒径在100μm以下。
10.根据权利要求8所述的掺石墨和聚苯胺的导电混凝土的制备方法，其特征在于，S3中所述的标准养护为在20±2℃和相对湿度95％以上的环境下养护28天。
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