本發(fā)明屬高分子改性領(lǐng)域。具體是多種外力場(chǎng)下對(duì)氧化石墨烯微片改性的方法。

背景技術(shù)：

之前的研究工作已經(jīng)證明納米技術(shù)為改善瀝青混合物料的性質(zhì)提供了一種非常有意義的方法。對(duì)于將這種先進(jìn)的納米材料應(yīng)用于瀝青工業(yè)，最大的障礙就是其高額的成本。因此，本發(fā)明的最大動(dòng)力在于開發(fā)一些適合瀝青路面并且經(jīng)檢驗(yàn)后瀝青與混合料的機(jī)械性能與夯實(shí)工藝都不錯(cuò)，且成本效益好的納米材料。

石墨烯微片是由直徑一微米、厚度僅為一納米、形狀猶如納米墊片一般的石墨烯片堆疊而成。一個(gè)石墨烯是由單層碳原子按六邊形排列形成的。石墨烯材料表現(xiàn)出了優(yōu)越的機(jī)械和電子傳遞特性：石墨烯的剛度是1TPa，石墨烯的強(qiáng)度是鋼的100倍左右，并且石墨烯的電導(dǎo)性高于銅。此外，研究證明石墨烯其特殊的熱穩(wěn)定性最少在2600K。石墨烯材料的成本取決于它的類型和碳純度。對(duì)于大規(guī)模應(yīng)用，材料成本可以低至每磅3-4美元，其成本是明顯低于多層碳納米管的?？梢钥闯鍪┑牟牧铣杀臼强梢耘c聚苯乙烯-丁二烯-苯乙烯等一些仍在使用的瀝青改性劑相比的。

近期關(guān)于石墨烯微片的一系列研究都集中在水泥砂漿中的應(yīng)用上，研究發(fā)現(xiàn)石墨烯微片的加入能夠有效提高水泥砂漿的導(dǎo)電性。這使得水泥這種磨損材料隨著導(dǎo)電性的提高可以明顯看出對(duì)材料損害的水平。同時(shí)，這也證明石墨烯微片能夠減少水泥砂漿的臨界孔徑，并且因此提高水泥砂漿的抗水滲透性、抗氯離子侵蝕作用和抗氯離子運(yùn)移性，這對(duì)材料的耐久性產(chǎn)生重大影響。實(shí)驗(yàn)也表明石墨烯微片的加入能夠提高水泥砂漿的彈性系數(shù)和抗張強(qiáng)度。

這些研究已經(jīng)證明石墨烯微片在土木工程材料應(yīng)用中的潛在價(jià)值。使用成本相對(duì)較低的石墨烯微片就可滿足大規(guī)模基礎(chǔ)設(shè)施的應(yīng)用。為了提高瀝青路面的整體性能，石墨烯微片在瀝青改性劑中所展示的這些應(yīng)用潛力都在推動(dòng)對(duì)其的研究。研制石墨烯微片使瀝青與集料間的結(jié)合更為牢固，這將改善道路的長(zhǎng)期耐久性，這對(duì)提高瀝青路面的工程建設(shè)質(zhì)量都具有重要的科學(xué)研究和指導(dǎo)實(shí)際應(yīng)用的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供多種外力場(chǎng)下對(duì)氧化石墨烯微片改性的方法。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：

1.多種外力場(chǎng)下對(duì)氧化石墨烯微片改性的方法，包括如下步驟：

1)以碳含量在90％～99％，粒度為10～300目的石墨為原料1g，將石墨加入到質(zhì)量濃度為98％的濃硫酸中，以轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?0～240min。

2)將步驟1)中得到的溶液攪拌均勻后轉(zhuǎn)移到超聲發(fā)生器中，超聲功率為100～400w，得到超聲處理后溶液。

3)將步驟2)得到的超聲處理后溶液加入高錳酸鉀0.5～5g，在30℃～50℃溫度條件下繼續(xù)攪拌60～240min，得到反應(yīng)液。

4)用去離子水稀釋步驟3)的反應(yīng)液，稀釋后的溶液體積為500mL，加入質(zhì)量濃度為1％～10％的雙氧水至溶液不再冒氣泡。

5)用pH試紙測(cè)步驟4)溶液的pH值，估算所需酸的量，算好后加入稀鹽酸或稀硫酸，并用大量去離子水沖洗，直至中性，最后過濾即可得到氧化石墨烯。

6)將步驟5)得到的氧化石墨烯再加入去離子水制得氧化石墨烯懸浮液，氧化石墨烯懸浮液在超聲波場(chǎng)下用高速分散勻質(zhì)機(jī)攪拌10～60min，轉(zhuǎn)速為6000轉(zhuǎn)/分～10000轉(zhuǎn)/分，加入改性液乙二醇50～200mL得到分散母液，將分散母液經(jīng)離心分離后即可得到改性氧化石墨烯微片。

2.改性氧化石墨烯微片在SBS改性瀝青中的應(yīng)用，將改性氧化石墨烯微片放入功率為100w～800w的等離子場(chǎng)下刻蝕1～20min，刻蝕結(jié)束后將其加入到SBS改性瀝青中，以1500轉(zhuǎn)/分鐘～3000轉(zhuǎn)/分鐘的速率攪拌，溫度為170℃～190℃；攪拌30～60分鐘后得到有改性的氧化石墨烯微片的SBS改性瀝青。

這種改性氧化石墨烯微片有更好的表面粗糙度和含氧官能團(tuán)，使SBS改性瀝青與集料間的結(jié)合更為牢固，這將改善道路的長(zhǎng)期耐久性。

具體實(shí)施方式

為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地描述。

實(shí)施例1

1.多種外力場(chǎng)下對(duì)氧化石墨烯微片改性的方法，包括如下步驟：

(1)以碳含量在90％，粒度為10目的石墨為原料1g，將石墨加入到98％濃度的濃硫酸中，攪拌60min，轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)/分；

(2)將步驟(1)中得到的溶液攪拌均勻后將轉(zhuǎn)移到超聲發(fā)生器中，超聲功率100w，得到超聲處理后溶液。

(3)將步驟(2)得到超聲處理后的溶液加入高錳酸鉀0.5g，30℃下繼續(xù)攪拌60min，得到反應(yīng)液。

(4)用去離子水稀釋步驟(3)的反應(yīng)液，稀釋后的溶液體積為500mL，加入濃度為1％的雙氧水至溶液不再冒氣泡；

(5)用pH試紙測(cè)步驟(4)溶液的pH值，估算所需酸的量，算好后加入稀鹽酸，并用大量去離子水沖洗，直至中性，最后過濾即可得到氧化石墨烯。

(6)將步驟(5)得到的氧化石墨烯再加入去離子水制得氧化石墨烯懸浮液，氧化石墨烯懸浮液繼續(xù)在超聲波場(chǎng)下用高速分散勻質(zhì)機(jī)攪拌10min，轉(zhuǎn)速為6000轉(zhuǎn)/分，加入改性液(乙二醇)50mL得到分散母液，將分散母液經(jīng)離心分離后即可得到改性氧化石墨烯微片。

2.改性氧化石墨烯微片在SBS改性瀝青中的應(yīng)用，將改性氧化石墨烯微片放入功率為100w的等離子場(chǎng)下刻蝕1min，刻蝕結(jié)束后將其加入到SBS改性瀝青中，以1500轉(zhuǎn)/分鐘的速率攪拌，溫度為170℃；攪拌30分鐘后得到有改性的氧化石墨烯微片的SBS改性瀝青。

這種改性氧化石墨烯微片有更好的表面粗糙度和含氧官能團(tuán)，使SBS改性瀝青與集料間的結(jié)合更為牢固，這將改善道路的長(zhǎng)期耐久性。

表1不同制備方法的石墨烯(微片)的比表面

表2不同制備方法的石墨烯(微片)的含氧官能團(tuán)含量

實(shí)施例2

1.多種外力場(chǎng)下對(duì)氧化石墨烯微片改性的方法，包括如下步驟：

(1)將碳含量在95％，粒度為150目的石墨為原料1g，將石墨加入到98％濃度的濃硫酸中，攪拌120min，轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)/分。

(2)將步驟(1)中得到的溶液攪拌均勻后將轉(zhuǎn)移到超聲發(fā)生器中，超聲功率200w，得到超聲處理后溶液。

(3)將步驟(2)得到超聲處理后的溶液加入高錳酸鉀3g，40℃下繼續(xù)攪拌120min，得到反應(yīng)液。

(4)用去離子水稀釋步驟(3)的反應(yīng)液，稀釋后的溶液體積為500mL，加入濃度為5％的雙氧水至溶液不再冒氣泡。

(5)用pH試紙測(cè)步驟(4)溶液的pH值，估算所需酸的量，算好后加入稀硫酸，并用大量去離子水沖洗，直至中性，最后過濾即可得到氧化石墨烯。

(6)將步驟(5)得到的氧化石墨烯再加入去離子水制得氧化石墨烯懸浮液，氧化石墨烯懸浮液在超聲波場(chǎng)下用高速分散勻質(zhì)機(jī)攪拌10min，轉(zhuǎn)速為6000轉(zhuǎn)/分，加入改性液(乙二醇)50mL得到分散母液，將分散母液經(jīng)離心分離后即可得到改性氧化石墨烯微片。

(6)將步驟(5)得到的氧化石墨烯再加入去離子水制得氧化石墨烯懸浮液，氧化石墨烯懸浮液在超聲波場(chǎng)下用高速分散勻質(zhì)機(jī)攪拌30min，轉(zhuǎn)速為8000轉(zhuǎn)/分，加入改性液(乙二醇)100mL，分散母液經(jīng)離心分離后即可得到改性氧化石墨烯微片。

2.改性氧化石墨烯微片在SBS改性瀝青中的應(yīng)用，將改性氧化石墨烯微片放入功率為400w的等離子場(chǎng)下刻蝕10min，刻蝕結(jié)束后將其加入到SBS改性瀝青中，以2000轉(zhuǎn)/分鐘的速率攪拌，溫度為180℃；攪拌40分鐘后得到有改性的氧化石墨烯微片的SBS改性瀝青。

表3不同制備方法的石墨烯(微片)的比表面

表4不同制備方法的石墨烯(微片)的含氧官能團(tuán)含量

實(shí)施例3

1.多種外力場(chǎng)下對(duì)氧化石墨烯微片改性的方法，包括如下步驟：

(1)將碳含量在99％，粒度為300目的石墨為原料1g，將石墨加入到98％濃度的濃硫酸中，攪拌240min，轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)/分。

(2)將步驟(1)中得到的溶液攪拌均勻后將轉(zhuǎn)移到超聲發(fā)生器中，超聲功率400w，得到超聲處理后溶液。

(3)將步驟(2)得到超聲處理后的溶液加入高錳酸鉀5g，50℃下繼續(xù)攪拌240min，得到反應(yīng)液。

(4)用去離子水稀釋步驟(3)的反應(yīng)液，稀釋后的溶液體積為500mL，加入濃度為10％的雙氧水至溶液不再冒氣泡。

(5)用pH試紙測(cè)步驟(4)溶液的pH值，估算所需酸的量，算好后加入稀鹽酸，并用大量去離子水沖洗，直至中性，最后過濾即可得到氧化石墨烯。

(6)將步驟(5)得到的氧化石墨烯再加入去離子水制得氧化石墨烯懸浮液，氧化石墨烯懸浮液在超聲波場(chǎng)下用高速分散勻質(zhì)機(jī)攪拌60min，轉(zhuǎn)速為10000轉(zhuǎn)/分，加入改性液(乙二醇)200mL，分散母液經(jīng)離心分離后即可得到改性氧化石墨烯微片。

2.改性氧化石墨烯微片在SBS改性瀝青中的應(yīng)用，將改性氧化石墨烯微片放入功率為800w的等離子場(chǎng)下刻蝕20min，刻蝕結(jié)束后將其加入到SBS改性瀝青中，以3000轉(zhuǎn)/分鐘的速率攪拌，溫度為190℃；攪拌60分鐘后得到有改性的氧化石墨烯微片的SBS改性瀝青。

表5不同制備方法的石墨烯(微片)的比表面

表6不同制備方法的石墨烯(微片)的含氧官能團(tuán)含量