一种碳纳米管复合粉体及其制备方法与流程

本发明涉及建筑材料，具体涉及一种碳纳米管复合粉体及其制备方法。

背景技术：

1、碳纳米管(cnts)是一种新型纳米纤维材料，其直径为纳米级(通常小于50纳米)，长度为微米级(通常为2-50微米)，具有极高的长径比和优异的力学性能，近年来在混凝土、砂浆、沥青混合料、涂料等建筑材料领域受到了广泛的关注和研究。

2、为达到碳纳米管在建筑材料中良好分散的目的，通常先将碳纳米管、分散剂和溶剂制作为碳纳米管浆料，然后再将碳纳米管浆料与其他材料混合均匀制备建筑材料。但是，碳纳米管浆料是一种碳纳米管悬浮体系，碳纳米管在浆料存储过程中存在沉降和重新团聚的问题，碳纳米管浆料难以长时间稳定保存。当碳纳米管浆料在建筑材料中应用时，由于建筑材料的制备受后续施工条件和工程进度的制约，往往碳纳米管浆料使用周期较长，且碳纳米管浆料储存环境有时也难以达到要求，这就使得碳纳米管浆料难以实际使用，往往需要现配现用；而且碳纳米管浆料使用时也必须采取措施(如喷雾加入等)，才能有效保障其能够在建筑材料中分散均匀，这也增加了其使用难度；上述问题的存在严重影响了碳纳米管在建筑材料中的推广应用。

3、因此，急需开发一种能够长期保存、使用方便的碳纳米管分散体系。

技术实现思路

1、鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供了一种碳纳米管复合粉体及其制备方法，所述碳纳米管复合粉体包括碳纳米管、间隔粉体材料和外加剂，利用外加剂分散碳纳米管，利用间隔粉体材料间隔或者黏附碳纳米管，干燥后使得碳纳米管和间隔粉体材料被外加剂粘合为团聚体，一方面，团聚体在使用时能够重新分散，从而达到将碳纳米管在目标应用材料(例如建筑材料)中良好分散的目的，更好地发挥碳纳米管的作用，另一方面，碳纳米管以固体形式的碳纳米管复合粉体存在，不仅能够长期保存，而且使用方便。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明的目的之一在于提供一种碳纳米管复合粉体，所述碳纳米管复合粉体包括碳纳米管、间隔粉体材料和外加剂，碳纳米管和间隔粉体材料被外加剂粘合为团聚体；所述碳纳米管复合粉体中，碳纳米管的质量占比为1.0～26.0％，例如1.0％、2.0％、4.0％、5.0％、7.0％、10.0％、12.0％、15.0％、16.0％、18.0％、20.0％、23.0％、25.0或26.0％等，外加剂的质量占比为0.2～10.0％，例如0.2％、0.5％、1.0％、3.0％、5.0％、7.0％、8.0％或10.0％等。

4、本发明所述碳纳米管复合粉体包括碳纳米管、间隔粉体材料和外加剂，利用外加剂分散碳纳米管，利用间隔粉体材料间隔或者黏附碳纳米管，使得碳纳米管和间隔粉体材料被外加剂粘合为团聚体，一方面，团聚体在使用时能够重新分散，从而达到将碳纳米管在目标应用材料(例如建筑材料)中良好分散的目的，更好地发挥碳纳米管的作用，另一方面，碳纳米管以固体形式的碳纳米管复合粉体存在，不仅能够长期保存，而且使用方便。

5、作为本发明优选的技术方案，所述碳纳米管复合粉体还包括负载粉体材料，用于为碳纳米管和/或所述团聚体提供负载基础；所述碳纳米管复合粉体中，间隔粉体材料与负载粉体材料的质量比≥1:9。

6、优选地，所述负载粉体材料的d50≤50μm。

7、优选地，所述负载粉体材料包括混凝土矿物掺合料、水泥混合材料、沥青混合料填料、涂料填料中的任意一种或至少两种的组合。

8、优选地，所述负载粉体材料包括粉煤灰、微珠、粒化高炉矿渣粉、偏高岭土、火山灰质混合材料、沸石粉、水泥、二氧化钛、碳酸钙、硅酸钙、白炭黑、硅藻土、石灰石粉、石英砂粉、石膏粉、各类岩石及废渣粉、碳纤维粉中的任意一种或至少两种的组合。

9、作为本发明优选的技术方案，所述团聚体的d50≤500μm，优选地，所述团聚体的d50≤100μm。

10、优选地，所述碳纳米管包括多壁碳纳米管和/或单壁碳纳米管。

11、作为本发明优选的技术方案，所述间隔粉体材料的d50≤2μm。

12、优选地，所述间隔粉体材料包括硅灰和/或纳米碳酸钙。

13、需要说明的是，硅灰是在冶炼硅铁合金或工业硅时，经收集通过烟道排出的硅蒸气而得到的以无定形二氧化硅为主要成分的一种超细粉体材料。

14、作为本发明优选的技术方案，所述外加剂包括分散剂。

15、优选地，所述分散剂包括十二烷基苯磺酸钠(sdbs)、十二烷基硫酸钠(sds)、十二烷基磺酸钠(sls)、十六烷基三甲基溴化铵(ctab)、环糊精、阿拉伯树胶、聚乙二醇-聚丙烯酰胺-聚苯乙烯(peg-pam-ps)、聚乙烯吡咯烷酮(pvp)、混凝土减水剂、聚乙烯醇、纤维素醚中的任意一种或至少两种的组合。

16、需要说明的是，外加剂除了分散剂以外，还可以根据实际应用情况选择性加入消泡剂、粘结剂等，用于起到消除气泡、分散碳纳米管和间隔粉体材料，并将碳纳米管和间隔粉体材料黏结形成小团聚体的作用。

17、作为本发明优选的技术方案，所述碳纳米管中的部分或者全部经过表面改性处理。

18、优选地，所述间隔粉体材料中的部分或者全部经过表面改性处理。

19、需要说明的是，经过对碳纳米管、间隔粉体材料中的部分或者全部选择性地进行表面改性处理，可以强化碳纳米管复合粉体的某些功能效果，例如碳纳米管复合粉体可表现为亲水性或者疏水性。

20、作为本发明优选的技术方案，所述碳纳米管复合粉体中的碳纳米管被氧化石墨烯和/或碳纳米纤维全部或部分等质量取代，被取代的碳纳米管的质量占比为10～100％，例如10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、60％、70％、80％、90％或100％等。

21、本发明的目的之二在于提供一种目的之一所述碳纳米管复合粉体的制备方法，所述制备方法包括：利用溶剂，将碳纳米管、间隔粉体材料和外加剂混合均匀，经干燥制粉，得到所述碳纳米管复合粉体。

22、需要说明的是，本发明所述制备方法中，根据外加剂的溶解性来选择溶剂，可以使得碳纳米管、间隔粉体材料和外加剂混合均匀，而且，干燥制粉可以选择喷雾干燥的方式，也可以选择先烘干再破碎的方式，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择，此处不再赘述。

23、作为本发明优选的技术方案，所述制备方法包括：利用溶剂，将碳纳米管、间隔粉体材料、负载粉体材料和外加剂混合均匀，经干燥制粉，得到所述碳纳米管复合粉体。

24、作为本发明优选的技术方案，所述制备方法包括：先将外加剂和溶剂混合均匀，再加入碳纳米管形成碳纳米管浆料，最后加入间隔粉体材料、负载粉体材料混合均匀，经干燥制粉，得到所述碳纳米管复合粉体。

25、碳纳米管作为纤维增强材料，在很多技术领域都得到了研究和应用，例如混凝土、砂浆、沥青混合料、涂料等建筑材料领域受到了广泛的关注和研究。将碳纳米管以碳纳米管复合粉体的形式进行应用的过程中，在确定了碳纳米管加入量的前提下，可以按照碳纳米管复合粉体中间隔粉体材料、负载粉体材料的种类与加入量，取代原料配方中相应物料的加入量。

26、与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：

27、(1)碳纳米管复合粉体中碳纳米管被外加剂、间隔粉体材料分隔和黏附，不存在碳纳米管浆料中碳纳米管的沉降和团聚问题，环境温度影响小，能够长期保存，保质期更长，生产、储存和运输更加方便，更适合在建筑材料中应用。

28、(2)碳纳米管复合粉体能够和其他干燥状态的材料预先制备为干混料，以避免后续搅拌时加入碳纳米管浆料可能存在的计量不准、分散不良等问题，简化使用过程，提高掺加碳纳米管材料的建筑材料的质量稳定性。

29、(3)碳纳米管复合粉体中的碳纳米管和间隔粉体材料由外加剂黏合为小团聚体，能够大幅降低使用时碳纳米管和微细粉体散失的问题，并大幅减少操作人员吸入微细材料的风险，使用安全环保。

30、(4)碳纳米管和间隔粉体材料由外加剂黏合为小团聚体，并在使用时能够重新分散，从而能够充分发挥碳纳米管的作用。

31、(5)通过对碳纳米管和间隔粉体材料进行表面改性处理，或者调整间隔粉体材料和外加剂种类等方式，碳纳米管复合粉体能够表现为亲水性或者疏水性，从而适用于混凝土、砂浆、沥青混合料、涂料等不同建筑材料体系，适用面广。