CN108409272B - 一种抗老化石墨烯雕塑材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抗老化石墨烯雕塑材料及其制备方法，解决了现有技术的石膏雕塑材料抗压小、易碎、易老化、易腐蚀的技术问题。本发明提供一种抗老化石墨烯雕塑材料，按重量份数计，由下列原材料组成：水泥30～60份，超支化环氧树脂3～7份，氧化石墨烯5～18份，建筑垃圾10～30份，氧化硅15～30份，氧化钙80～120份，氧化镁10～18份，工业废镍铬铁合金渣30～70份，粘接剂8～16份，短切碳纤维3～10份，甘油0.2～4份，水140～220份；同时提供其制备方法。本发明广泛应用于雕塑材料领域。

Description

一种抗老化石墨烯雕塑材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种雕塑材料及其制备方法，具体涉及一种抗老化石墨烯雕塑材料及其制备方法。

背景技术

城市雕塑历来被视为城市公共环境的有机组成部分，展示着城市的文化景观和文化品位，传递着城市的历史传统和文化变迁。随着人类文明和技术的发展以及人文环境的不断提高，雕塑材料在雕塑中运用的越来越广泛，雕塑艺术得到空前发展，并且已经进入了一个快速发展的时机。

目前，雕塑材料大多为石膏材料，石膏类雕塑材料虽然取材方便易上色，但石膏材料不防水、易碎、不易打磨，还有纯泥土作为雕塑材料，脆性大、可塑性低等缺点。并且现代石膏雕塑会因在外长时间风吹日晒、大雨的侵蚀等外界原因变得老化、腐蚀。因此发明一种高强度抗老化的雕塑材料迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术的不足，提供一种原料配比科学恰当、抗压强度大、具有显著的抗老化、耐腐蚀的石墨烯高强度抗老化雕塑材料及其制备方法。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

一种抗老化石墨烯雕塑材料，按重量份数计，由下列原材料组成：水泥30～60份，超支化环氧树脂3～7份，氧化石墨烯5～18份，建筑垃圾10～30份，氧化硅15～30份，氧化钙80～120份，氧化镁10～18份，工业废镍铬铁合金渣30～70份，粘接剂8～16份，短切碳纤维3～10份，甘油0.2～4份，水140～220份。

优选的，按重量份数计，原材料组成为：水泥40～50份，超支化环氧树脂4～6份，氧化石墨烯8～15份，建筑垃圾10～30份，氧化硅19～26份，氧化钙90～110份，氧化镁12～15份，工业废镍铬铁合金渣40～60份，粘接剂9～15份，短切碳纤维5～8份，甘油0.5～2份，水160～200份。

优选的，按重量份数计，原材料组成为：水泥45份，超支化环氧树脂5份，氧化石墨烯12份，建筑垃圾20份，氧化硅22份，氧化钙100份，氧化镁13份，工业废镍铬铁合金渣50份，粘接剂12份，短切碳纤维6份，甘油1.5份，水180份。

优选的，水泥强度等级为42.5的硅酸盐水泥；短切碳纤维长度为5～10mm；粘接剂为聚氯乙烯。

上述任何一项的一种抗老化石墨烯雕塑材料的制备方法，具体步骤如下：

1)按所需重量份数称取水泥、超支化环氧树脂、氧化石墨烯、建筑垃圾、氧化硅、氧化钙、氧化镁、工业废镍铬铁合金渣、粘接剂、短切碳纤维、甘油、水；

2)将步骤1)称取的水泥、建筑垃圾、氧化硅、氧化钙、氧化镁、工业废镍铬铁合金渣、短切碳纤维加入搅拌罐中进行第一次搅拌混匀后；再向搅拌罐中加入步骤1)称取的超支化环氧树脂、甘油和步骤1)称取重量份数的水的一部分量，进行第二次搅拌混匀，得水泥浆；

3)将步骤1)称取的氧化石墨烯加入到步骤1)称取重量份数的水的剩余部分量中超声分散均匀，得氧化石墨烯水溶液；

4)将步骤3)制得的氧化石墨烯水溶液缓慢倒入步骤2)制得的水泥浆中后，再边搅拌边向其中加入步骤1)称取的粘接剂后，进行第三次搅拌均匀，得石墨烯雕塑材料浆体；

5)将步骤4)得到的石墨烯雕塑材料浆体陈化48～72h后；再用加压机压实后，脱模，得抗老化石墨烯雕塑材料。

优选的，步骤2)中，第一次搅拌的速度为1000r/min，搅拌时间为30～60min。

优选的，步骤2)中，第二次搅拌的速度为1000r/min，搅拌时间为5～15min。

优选的，步骤2)中，步骤1)称取重量份数的水的一部分量为步骤1)中称取的水重量份数的80％。

优选的，步骤4)中，第三次搅拌转速为80～100r/min，时间为30～50min。

优选的，步骤5)中，加压机的压力为800Pa，加压时间10～30min。

本发明的有益效果：本发明的抗老化石墨烯雕塑材料，原料配方科学合理，抗压强度大、具有显著的抗老化、耐腐蚀的性能，同时还提供其特殊的制备方法。

(1)本发明的抗老化石墨烯雕塑材料的配方科学合理，具有协同增效的作用，制备方法采用三次搅拌混合法：基础-框架-整体稳固。首先将水泥、建筑垃圾、氧化硅、氧化钙、氧化镁、工业废镍铬铁合金渣、短切碳纤维进行第一次搅拌混匀，使前期的固体物料进行物理混合，使本发明的抗老化石墨烯雕塑材料的骨架按照粒径梯度大小整体分布，既搭建出密度合理的骨架，又在硬度和柔韧性方面，软硬相间，对抗老化石墨烯雕塑材料的可塑性、以及抗老化性起到基础保障作用；再向搅拌罐中加入超支化环氧树脂、甘油和水进行第二次搅拌混匀，氧化钙与水接触后释放大量的热，有利形成最初的石膏骨架，同时还加速各个反应物之间的反应进行：超支化环氧树脂和甘油协同增效起到润滑作用，既为后期混合浆料的流动性提供保证，又使超支化环氧树脂和甘油与第一次混合后的骨架进行结合，也为本发明的抗老化石墨烯雕塑材料的抗压强度、可塑性、以及抗老化性起到中间加固作用；再将氧化石墨烯水溶液缓慢倒入其中后，再加入粘接剂进行第三次搅拌均匀，氧化石墨烯与超支化环氧树脂协同增效，超支化环氧树脂的支化结构与石墨烯的共轭结构相结合，形成稳固的网状结构，网状结构再与粘接剂配合，将整个抗老化石墨烯雕塑材料的前期骨架巧妙的整合在一起，显著提高本发明的抗老化石墨烯雕塑材料的抗压强度大、抗老化、耐腐蚀的性能。

(2)氧化镁能够发生水化反应形成氢氧化镁，是优良的绝缘膜；超支化环氧树脂的支化结构与石墨烯的共轭结构相结合，形成薄且坚固的网状结构，碳原子之间连接柔韧性好，即使受到外力变形时但碳原子并没有重新排列，所以有很好的结构稳定性，加在雕塑材料中显著提高雕塑的抗压强度与可塑性。石膏骨架与绝缘膜和稳固的结构协同增效，使本发明的抗老化石墨烯雕塑材料具有显著防腐蚀抗老化性能。

(3)本发明的抗老化石墨烯雕塑材料的原料中使用建筑垃圾和工业废镍铬铁合金渣，属于废物二次利用，既能综合利用工业废渣、治理环境污染、不破坏耕地，又能创造良好的社会效益和经济效益，符合人们追求的绿色环保理念。其中工业废镍铬铁合金渣即经过高温锻造之后，将其中的复杂的有机杂质去掉，而且其自身的机械强度好得到充分的利用。

(4)本发明的抗老化石墨烯雕塑材料，制备工艺简单、比传统石膏材料的强度更高，且质地细腻、不易产生粉末、可塑性更强，并且抗压强度更高，抗老化能力显著增强。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以助于理解本发明的内容。本发明中所使用的方法如无特殊规定，均为常规的生产方法；所使用的原料，如无特殊规定，均为常规的市售产品。

实施例1

制备一种抗老化石墨烯雕塑材料的制备方法，具体步骤如下：

1)按所需重量份数称取：强度等级为42.5的硅酸盐水泥30份，超支化环氧树脂3份，氧化石墨烯5份，建筑垃圾废弃建筑混凝土10份，氧化硅15份，氧化钙80份，氧化镁10份，工业废镍铬铁合金渣30份，粘接剂聚氯乙烯8份，长度为5～10mm的短切碳纤维3份，甘油0.2份，水140份。

2)将步骤1)称取的水泥、建筑垃圾废弃建筑混凝土、氧化硅、氧化钙、氧化镁、工业废镍铬铁合金渣、短切碳纤维加入搅拌罐中以搅拌速度为1000r/min，搅拌时间为30min，进行第一次搅拌混匀后；再向搅拌罐中加入步骤1)称取的超支化环氧树脂、甘油和步骤1)称取的水的重量份数的80％(112份)，以搅拌速度为1000r/min，搅拌时间为5min，进行第二次搅拌混匀，得水泥浆。

3)将步骤1)称取的氧化石墨烯加入到步骤1)称取重量份数的水的剩余部分量(28份)中超声分散均匀，得氧化石墨烯水溶液；

4)将步骤3)制得的氧化石墨烯水溶液缓慢倒入步骤2)制得的水泥浆中后，再边搅拌边向其中加入步骤1)称取的粘接剂后，继续以搅拌转速为80r/min，时间为30min进行第三次搅拌均匀，得石墨烯雕塑材料浆体；

5)将步骤4)得到的石墨烯雕塑材料浆体陈化48h后；再用加压机以加压压力为800Pa，加压时间10min压实后，脱模，得抗老化石墨烯雕塑材料。

实施例2

制备一种抗老化石墨烯雕塑材料的制备方法，包括以下步骤：

1)按所需重量份数称取：强度等级为42.5的硅酸盐水泥60份，超支化环氧树脂7份，氧化石墨烯18份，建筑垃圾废弃砖石30份，氧化硅30份，氧化钙120份，氧化镁18份，工业废镍铬铁合金渣70份，粘接剂聚氯乙烯16份，长度为5～10mm的短切碳纤维10份，甘油4份，水220份。

2)将步骤1)称取的水泥、建筑垃圾废弃砖石、氧化硅、氧化钙、氧化镁、工业废镍铬铁合金渣、短切碳纤维加入搅拌罐中以搅拌速度为1000r/min，搅拌时间为60min，进行第一次搅拌混匀后；再向搅拌罐中加入步骤1)称取的超支化环氧树脂、甘油和步骤1)称取的水的重量份数的80％(176份)，以搅拌速度为1000r/min，搅拌时间为15min，进行第二次搅拌混匀，得水泥浆；

3)将步骤1)称取的氧化石墨烯加入到步骤1)称取重量份数的水的剩余部分量(44份)中超声分散均匀，得氧化石墨烯水溶液；

4)将步骤3)制得的氧化石墨烯水溶液缓慢倒入步骤2)制得的水泥浆中后，再边搅拌边向其中加入步骤1)称取的粘接剂后，继续以搅拌转速为100r/min，时间为50min进行第三次搅拌均匀，得石墨烯雕塑材料浆体。

5)将步骤4)得到的石墨烯雕塑材料浆体陈化72h后；再用加压机以加压压力为800Pa，加压时间30min压实后，脱模，得抗老化石墨烯雕塑材料。

实施例3

制备一种抗老化石墨烯雕塑材料的制备方法，包括以下步骤：

1)按所需重量份数称取原材料组成：强度等级为42.5的硅酸盐水泥40份，超支化环氧树脂4份，氧化石墨烯8份，建筑垃圾废砖瓦10份，氧化硅19份，氧化钙80份，氧化镁12份，工业废镍铬铁合金渣40份，粘接剂聚氯乙烯9份，长度为5mm的短切碳纤维5份，甘油0.5份，水160份。

2)将步骤1)称取的水泥、建筑垃圾废砖瓦、氧化硅、氧化钙、氧化镁、工业废镍铬铁合金渣、短切碳纤维加入搅拌罐中以搅拌速度为1000r/min，搅拌时间为40min，进行第一次搅拌混匀后；再向搅拌罐中加入步骤1)称取的超支化环氧树脂、甘油和步骤1)称取的水的重量份数的80％(128份)，以搅拌速度为1000r/min，搅拌时间为7min，进行第二次搅拌混匀，得水泥浆；

3)将步骤1)称取的氧化石墨烯加入到步骤1)称取重量份数的水的剩余部分量(32份)中超声分散均匀，得氧化石墨烯水溶液；

4)将步骤3)制得的氧化石墨烯水溶液缓慢倒入步骤2)制得的水泥浆中后，再边搅拌边向其中加入步骤1)称取的粘接剂后，继续以搅拌转速为90r/min，时间为45min进行第三次搅拌均匀，得石墨烯雕塑材料浆体；

5)将步骤4)得到的石墨烯雕塑材料浆体陈化60h后；再用加压机以加压压力为800Pa，加压时间20min压实后，脱模，得抗老化石墨烯雕塑材料。

实施例4

制备一种抗老化石墨烯雕塑材料的制备方法，包括以下步骤：

1)按所需重量份数称取原材料组成：强度等级为42.5的硅酸盐水泥50份，超支化环氧树脂6份，氧化石墨烯15份，建筑垃圾废塑料30份，氧化硅26份，氧化钙110份，氧化镁15份，工业废镍铬铁合金渣60份，粘接剂聚氯乙烯15份，长度为5～10mm的短切碳纤维8份，甘油2份，水200份。

2)将步骤1)称取的水泥、建筑垃圾废塑料、氧化硅、氧化钙、氧化镁、工业废镍铬铁合金渣、短切碳纤维加入搅拌罐中以搅拌速度为1000r/min，搅拌时间为50min，进行第一次搅拌混匀后；再向搅拌罐中加入步骤1)称取的超支化环氧树脂、甘油和步骤1)称取的水的重量份数的80％(160份)，以搅拌速度为1000r/min，搅拌时间为10min，进行第二次搅拌混匀，得水泥浆。

3)将步骤1)称取的氧化石墨烯加入到步骤1)称取重量份数的水的剩余部分量(40份)中超声分散均匀，得氧化石墨烯水溶液。

4)将步骤3)制得的氧化石墨烯水溶液缓慢倒入步骤2)制得的水泥浆中后，再边搅拌边向其中加入步骤1)称取的粘接剂后，继续以搅拌转速为90r/min，时间为45min进行第三次搅拌均匀，得石墨烯雕塑材料浆体。

5)将步骤4)得到的石墨烯雕塑材料浆体陈化60h后；再用加压机以加压压力为800Pa，加压时间25min压实后，脱模，得抗老化石墨烯雕塑材料。

实施例5

制备一种抗老化石墨烯雕塑材料的制备方法，包括以下步骤：

1)按所需重量份数称取原材料组成为：强度等级为42.5的硅酸盐水泥45份，超支化环氧树脂5份，氧化石墨烯12份，建筑垃圾废陶瓷20份，氧化硅22份，氧化钙100份，氧化镁13份，工业废镍铬铁合金渣50份，粘接剂聚氯乙烯12份，长度为5～10mm的短切碳纤维6份，甘油1.5份，水180份。

2)将步骤1)称取的水泥、建筑垃圾废陶瓷、氧化硅、氧化钙、氧化镁、工业废镍铬铁合金渣、短切碳纤维加入搅拌罐中以搅拌速度为1000r/min，搅拌时间为45min，进行第一次搅拌混匀后；再向搅拌罐中加入步骤1)称取的超支化环氧树脂、甘油和步骤1)称取的水的重量份数的80％(144份)，以搅拌速度为1000r/min，搅拌时间为10min，进行第二次搅拌混匀，得水泥浆；

3)将步骤1)称取的氧化石墨烯加入到步骤1)称取重量份数的水的剩余部分量(36份)中超声分散均匀，得氧化石墨烯水溶液；

4)将步骤3)制得的氧化石墨烯水溶液缓慢倒入步骤2)制得的水泥浆中后，再边搅拌边向其中加入步骤1)称取的粘接剂后，继续以搅拌转速为90r/min，时间为45min进行第三次搅拌均匀，得石墨烯雕塑材料浆体；

5)将步骤4)得到的石墨烯雕塑材料浆体陈化60h后；再用加压机以加压压力为800Pa，加压时间20min压实后，脱模，得抗老化石墨烯雕塑材料。

实施例1～5中的建筑垃圾均为磨碎成粉末状的建筑垃圾材料。

以上仅是本发明的实施例，例如建筑垃圾还可以为废玻璃等；实施例1～5中步骤4)制得的石墨烯雕塑材料浆体均可注入所需的模具或者挤压成型后中，再在大气中硬化成型，也具有显著的抗腐蚀和耐老化性能。

下面通过具体实验报告来进一步说明本发明的抗老化石墨烯雕塑材料的性能。

(1)受试物：按本发明实施例1～实施例5所给制备方法生产出的抗老化石墨烯雕塑材料作为被检测样品，市售的石膏雕塑材料作为对照组。

(2)实验方法：

具体如下：做抗压强度MPa值实验；用雕塑刀雕刻实验；放入水中浸泡实验：将材料完全浸没在水中浸泡24h后，检测其融化分解情况；耐老化试验(将成品直接放在室外5年后再检测其性能)，其各项检测性能结果见表1。

表1抗老化石墨烯雕塑材料的各项检测性能结果

(3)小结

由表1结果可知，本发明实施例1～实施例5所给制备方法生产出的抗老化石墨烯雕塑材料，做抗压强度MPa值实验，可达到82～87MPa；与对照组市售的石膏雕塑材料相比，具有显著的最高抗压强度，用水浸泡后实施例1～实施例5均不融化，不分解，直立性好，耐腐蚀强；用雕塑刀实验，实施例1～实施例5的抗老化石墨烯雕塑材料，质地细腻，里外质地一致，中间没有出现局部松软现象，且镂空雕塑实验完全可以成型，而对照组市售的石膏雕塑材料雕刻之后掉渣现象明显，且整体粗糙不均一，用水浸泡24小时后发生融化分解现象；耐老化试验，将实施例1～实施例5的成品直接放在室外5年后再检测其性能：做抗压强度MPa值实验，可达到78～84MPa，抗压强度MPa值无明显降低情况；且实施例1～实施例5的抗老化石墨烯雕塑材料均无发霉和变黄现象，说明本发明的抗老化石墨烯雕塑材料的耐老化性能好，与对照组市售的石膏雕塑材料相比物理性能显著提高。

其中实施例5，原料配比和各个工艺参数最优，其最高抗压强度达到87MPa。

惟以上所述者，仅为本发明的具体实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种抗老化石墨烯雕塑材料，其特征在于，按重量份数计，由下列原材料组成：水泥30～60份，超支化环氧树脂3～7份，氧化石墨烯5～18份，建筑垃圾10～30份，氧化硅15～30份，氧化钙80～120份，氧化镁10～18份，工业废镍铬铁合金渣30～70份，粘接剂8～16份，短切碳纤维3～10份，甘油0.2～4份，水140～220份。

2.根据权利要求1所述的一种抗老化石墨烯雕塑材料，其特征在于，按重量份数计，所述原材料组成为：水泥40～50份，超支化环氧树脂4～6份，氧化石墨烯8～15份，建筑垃圾10～30份，氧化硅19～26份，氧化钙90～110份，氧化镁12～15份，工业废镍铬铁合金渣40～60份，粘接剂9～15份，短切碳纤维5～8份，甘油0.5～2份，水160～200份。

3.根据权利要求2所述的一种抗老化石墨烯雕塑材料，其特征在于，按重量份数计，所述原材料组成为：水泥45份，超支化环氧树脂5份，氧化石墨烯12份，建筑垃圾20份，氧化硅22份，氧化钙100份，氧化镁13份，工业废镍铬铁合金渣50份，粘接剂12份，短切碳纤维6份，甘油1.5份，水180份。

4.根据权利要求1～3任何一项所述的一种抗老化石墨烯雕塑材料，其特征在于，所述水泥强度等级为42.5的硅酸盐水泥；所述短切碳纤维长度为5～10mm；所述粘接剂为聚氯乙烯。

5.根据权利要求1～4任何一项所述的一种抗老化石墨烯雕塑材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)按所需重量份数称取水泥、超支化环氧树脂、氧化石墨烯、建筑垃圾、氧化硅、氧化钙、氧化镁、工业废镍铬铁合金渣、粘接剂、短切碳纤维、甘油、水；

2)将步骤1)称取的水泥、建筑垃圾、氧化硅、氧化钙、氧化镁、工业废镍铬铁合金渣、短切碳纤维加入搅拌罐中进行第一次搅拌混匀后；再向搅拌罐中加入步骤1)称取的超支化环氧树脂、甘油和步骤1)称取重量份数的水的一部分量，进行第二次搅拌混匀，得水泥浆；

3)将步骤1)称取的氧化石墨烯加入到步骤1)称取重量份数的水的剩余部分量中超声分散均匀，得氧化石墨烯水溶液；

4)将步骤3)制得的氧化石墨烯水溶液缓慢倒入步骤2)制得的水泥浆中后，再边搅拌边向其中加入步骤1)称取的粘接剂后，继续进行第三次搅拌均匀，得石墨烯雕塑材料浆体；

5)将步骤4)得到的石墨烯雕塑材料浆体陈化48～72h后；再用加压机压实后，脱模，得抗老化石墨烯雕塑材料。

6.根据权利要求5所述的一种抗老化石墨烯雕塑材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述第一次搅拌的速度为1000r/min，搅拌时间为30～60min。

7.根据权利要求5所述的一种抗老化石墨烯雕塑材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述第二次搅拌的速度为1000r/min，搅拌时间为5～15min。

8.根据权利要求5所述的一种抗老化石墨烯雕塑材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述步骤1)称取重量份数的水的一部分量为所述步骤1)中称取的水重量份数的80％。

9.根据权利要求5所述的一种抗老化石墨烯雕塑材料的制备方法，其特征在于，步骤4)中，所述第三次搅拌转速为80～100r/min，时间为30～50min。

10.根据权利要求5所述的一种抗老化石墨烯雕塑材料的制备方法，其特征在于，步骤5)中，所述加压机的压力为800Pa，加压时间10～30min。