CN105753399A - 一种以十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯为导电组份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，具体涉及一种以十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯为导电组份的导电混凝土及其制备方法,该混凝土包括如下重量份数的原料：包括如下重量份数的原料:水泥100?200份，砂100?200份，十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯10?100份，分散剂0.1?1份，水80?180份；其制备方法包括按照上述重量份数将十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯、分散剂及水混合后进行球磨分散，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具有非常优异的导电性能，其电阻率可低至15Ω·cm；其他各种性能优良，其耐压强度可达到46.1MPa，且其适用于强酸、强碱及高温等恶劣环境；本发明使用的原料易得、制备方法简单，适用于大规模工业生产。

Description

一种以十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯为导电组份的导电混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料领域，具体涉及一种以十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯为导电组份的导电混凝土及其制备方法。
背景技术
随着科学技术的发展，对材料的性能提出了更高的要求。导电混凝土赋予了混凝土导电性能和机敏性能，其在电工、工业防静电、建筑采暖、路面融雪化冰等工程中有着非常重要的作用。聚吡咯因其易于制备、良好的环境稳定性和热稳定性、较高的机械性能和较高的导电率被认为是最有商业价值的导电高分子材料之一,在电催化材料、传感器、金属防腐材料、二次电池电极材料、药物释放材料和电控离子交换等诸多领域得到了广泛的研究与应用。本征态的聚吡咯的加工性能和导电性能较差，选择合适的掺杂剂对本征态的聚吡咯进行掺杂可以得到电导率较高的聚吡咯。以高电导率的聚吡咯制备导电混凝土，可预期制得的导电混凝土具有部分聚吡咯的特性，即具有良好的环境稳定性、热稳定性和较高的机械性能等。本发明选用十二烷基苯磺酸作为掺杂剂，得到的十二烷基苯磺酸掺杂的聚吡咯具有较高的电导率，可达110S/cm。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种以十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯为导电组分的导电混凝土，其具有优异的导电性能、机械性能、耐高温性能和耐环境稳定性能。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种以十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯为导电组份的导电混凝土，包括如下重量份数的原料:水泥100-200份，砂100-200份，十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯10-100份，分散剂0.1-1份，水80-180份。
其中，所述十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯可由以下方法制备：将十二烷基苯磺酸、吡咯和去离子水按照0.7-0.8：0.9-1：150-200的摩尔比例混合并充分搅拌得均匀乳液体系，随后在0℃下向所述乳液体系内逐滴滴加浓度为0.5-1mol/L的三氯化铁溶液至三氯化铁的摩尔数为上述吡咯的0.5-1倍，滴加完毕后在0℃下继续反应24h以上，反应完成后将反应物离心并过滤，滤饼用无水乙醇和去离子水洗涤多次，最后在50℃下真空干燥12小时以上，所得产物即为十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯。
优选的，在均匀乳液体系中所述十二烷基苯磺酸、吡咯和去离子水的摩尔比例为0.7：1：170。
具体的，所述十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯的电导率为50-110S/cm。
具体的，所述分散剂为Tego 760W、Tego 755W或海明斯德谦FX 600水性分散剂中的任一种，所述水泥为硅酸盐复合水泥，所述砂为山砂或河砂。
具体的，所述分散剂与十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯的重量比例为1：100。
本发明还提供上述以十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯为导电组份的导电混凝土的制备方法，包括如下步骤:各原料的重量份数按同一重量单位计，
S1:将十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯10-100份、水80-180份和分散剂0.1-1份混合后进行球磨分散处理，得到十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯在水中的分散液；
S2:将水泥100-200份、砂100-200份和S1制备的全部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，得以十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯为导电组分的导电混凝土。
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。
本发明的有益效果是：相较于现有技术，本发明提供了一种以十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯为导电组分的导电混凝土及其制备方法，本发明制备的导电混凝土还具有优异的机械性能、耐环境稳定性能、耐高温性能等；作为导电组分的十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯以本发明提供的方法制备可具有很高的电导率，以其制备的导电混凝土的导电性能优异；本发明提供的制备导电混凝土的方法简单，使用的原料易得，适用于大规模工业生产；制得的导电混凝土试样不仅具有优异的导电性能(电阻率低至15Ω·cm)，并且具有非常优异的机械性能(耐压强度达到46.1MPa)、耐环境稳定性能和耐高温性能，未来其将会具有良好的应用前景。
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，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能一次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
以十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯为导电组分的导电混凝土的制备，包括如下步骤：其中各原料的重量份数按同一重量单位计，
S1:将十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯10份、水80份和分散剂(Tego 760W)0.1份混合后进行球磨分散处理，得到十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯在水中的分散液；
S2:将复合硅酸盐水泥100份、河砂100份和S1制备的全部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，得以高电导率聚噻吩为导电组分的导电混凝土。
其中，上述十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯，可由如下方法制备：在500mL的三口瓶中加入0.1mol吡咯、0.08mol十二烷基苯磺酸和320mL(17.78mol)去离子水,充分搅拌,得到均匀乳液,随后，在0℃下向该乳液体系中逐滴加入100mL三氯化铁(0.5mol/L),在0℃下反应24h。反应完成后，将反应物离心并过滤，用无水乙醇和去离子水洗涤多次，最后在50℃真空干燥12小时得到产物，即为十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯，经检测其电导率为50S/cm。
实施例2
以十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯为导电组分的导电混凝土的制备，包括如下步骤：其中各原料的重量份数按同一重量单位计，
S1:将十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯50份、水160份和分散剂(Tego 755W)0.5份混合后进行球磨分散处理，得到十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯在水中的分散液；
S2:将复合硅酸盐水泥200份、河砂200份和S1制备的全部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，得以高电导率聚噻吩为导电组分的导电混凝土。
其中，上述十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯，可由如下方法制备：在500mL的三口瓶中加入0.1mol吡咯、0.08mol十二烷基苯磺酸和270mL(15mol)去离子水,充分搅拌,得到均匀乳液,随后，在0℃下向该乳液体系中逐滴加入100mL三氯化铁(0.65mol/L),在0℃下反应24h。反应完成后，将反应物离心，用无水乙醇和去离子水洗涤多次，最后在50℃真空干燥12小时得到产物，即为十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯，经检测其电导率为97S/cm。
实施例3
以十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯为导电组分的导电混凝土的制备，包括如下步骤：其中各原料的重量份数按同一重量单位计，
S1:将十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯60份、水130份和分散剂(Tego 760W)0.6份混合后进行球磨分散处理，得到十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯在水中的分散液；
S2:将复合硅酸盐水泥150份、河砂200份和S1制备的全部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，得以高电导率聚噻吩为导电组分的导电混凝土。
其中，上述十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯，可由如下方法制备：在500mL的三口瓶中加入0.1mol吡咯、0.075mol十二烷基苯磺酸和306mL(17.0mol)去离子水,充分搅拌,得到均匀乳液,随后，在0℃下向该乳液体系中逐滴加入85mL三氯化铁(1mol/L),在0℃下反应24h。反应完成后，将反应物离心，用无水乙醇和去离子水洗涤多次，最后在50℃真空干燥12小时得到产物，即为十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯，经检测其电导率为110S/cm。
实施例4
以十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯为导电组分的导电混凝土的制备，包括如下步骤：其中各原料的重量份数按同一重量单位计，
S1:将十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯100份、水180份和分散剂(Tego755W)1份混合后进行球磨分散处理，得到十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯在水中的分散液；
S2:将复合硅酸盐水泥150份、河砂120份和S1制备的全部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，得以高电导率聚噻吩为导电组分的导电混凝土。
其中，上述十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯，可由如下方法制备：在500mL的三口瓶中加入0.1mol吡咯、0.075mol十二烷基苯磺酸和300mL(16.67mol)去离子水,充分搅拌,得到均匀乳液,随后，在0℃下向该乳液体系中逐滴加入100mL三氯化铁(1mol/L),在0℃下反应24h。反应完成后，将反应物离心，用无水乙醇和去离子水洗涤多次，最后在50℃真空干燥12小时得到产物，即为十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯，经检测其电导率为85S/cm。
实施例5
以十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯为导电组分的导电混凝土的制备，包括如下步骤：其中各原料的重量份数按同一重量单位计，
S1:将十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯50份、水100份和分散剂(海明斯德谦FX 600水性分散剂)0.5份混合后进行球磨分散处理，得到十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯在水中的分散液；
S2:将复合硅酸盐水泥200份、河砂100份和S1制备的全部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，得以高电导率聚噻吩为导电组分的导电混凝土。
其中，上述十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯，可由如下方法制备：在500mL的三口瓶中加入0.1mol吡咯、0.08mol十二烷基苯磺酸和360mL(20.0mol)去离子水,充分搅拌,得到均匀乳液,随后，在0℃下向该乳液体系中逐滴加入90mL三氯化铁(1mol/L),在0℃下反应24h。反应完成后，将反应物离心，用无水乙醇和去离子水洗涤多次，最后在50℃真空干燥12小时得到产物，即为十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯，经检测其电导率为70S/cm。
对实施例1至5制得的导电混凝土进行性能测试，测试结果及测试方法如下表所示：
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、耐环境稳定性(耐酸、耐碱)和耐高温性能，其电阻率可低至15Ω·cm，耐压强度可达到46.1MPa以上，在恶劣的酸碱环境中长时间浸泡也未见明显变化，高温400℃条件下不会出现裂痕。综上所述本发明制备的以十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯为导电组分的混凝土具有优良的多种性能。
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)

1.一种以十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯为导电组份的导电混凝土，其特征在于，包括如下重量份数的原料:水泥100-200份，砂100-200份，十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯10-100份，分散剂0.1-1份，水80-180份。
2.根据权利要求1所述的一种以十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯为导电组份的导电混凝土，其特征在于，所述十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯由以下方法制备：将十二烷基苯磺酸、吡咯和去离子水按照0.7-0.8：0.9-1：150-200的摩尔比例混合并充分搅拌得均匀乳液体系，随后在0℃下向所述乳液体系内逐滴滴加浓度为0.5-1mol/L的三氯化铁溶液至三氯化铁的摩尔数为上述吡咯的0.5-1倍，滴加完毕后在0℃下继续反应24h以上，反应完成后将反应物离心并过滤，滤饼用无水乙醇和去离子水洗涤多次，最后在50℃下真空干燥12小时以上，所得产物即为十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯。
3.根据权利要求2所述的一种以十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯为导电组份的导电混凝土，其特征在于，在均匀乳液体系中所述十二烷基苯磺酸、吡咯和去离子水的摩尔比例为0.75：1：170。
4.根据权利要求2所述的一种以十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯为导电组份的导电混凝土，其特征在于，所述十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯的电导率为50-110S/cm。
5.根据权利要求1所述的一种以十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯为导电组份的导电混凝土，其特征在于，所述分散剂为Tego 760W、Tego 755W或海明斯德谦FX 600水性分散剂中的任一种。
6.根据权利要求1所述的一种以十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯为导电组份的导电混凝土，其特征在于，所述水泥为硅酸盐复合水泥。
7.根据权利要求1所述的一种以十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯为导电组份的导电混凝土，其特征在于，所述砂为山砂或河砂。
8.根据权利要求1所述的一种以十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯为导电组份的导电混凝土，其特征在于，所述分散剂与十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯的重量比例为1：100。
9.一种如权利要求1至8任一项所述的以十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯为导电组份的导电混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:
各原料的重量份数按同一重量单位计，
S1:将十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯10-100份、水80-180份和分散剂0.1-1份混合后进行球磨分散处理，得到十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯在水中的分散液；
S2:将水泥100-200份、砂100-200份和S1制备的全部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，得以十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯为导电组分的导电混凝土。
10.根据权利要求9所述的一种以十二烷基苯磺酸掺杂聚吡咯为导电组分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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