CN104556876A - 一种地质聚合物的合成方法 - Google Patents

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Abstract

一种地质聚合物的合成方法，主要技术方案为：将激发剂硫酸和作为辅助剂的失效硫酸基抛光液加入偏高岭土中，混合搅拌，注入模具中进行反应，反应结束后进行养护，即得产品。本发明以硫酸作为主激发剂，失效硫酸基抛光液为辅助剂，有效减少了水的用量，地质聚合物干的比较快，大大缩短了地质聚合物生产时间，提高生产效率；本发明易于操作，工艺流程简洁。

Description

一种地质聚合物的合成方法
技术领域
本发明涉及一种无机聚合材料的合成方法，特别涉及一种地质聚合物的合成方法。
背景技术
地质聚合物(Geopolymer)是近年来国际上研究非常活跃的非金属材料之一。它是以粘土、工业废渣或矿渣为主要原料，碱或酸为激发剂，经适当的工艺处理，在较低温度条件下通过化学反应得到的一类新型无机聚合物材料。该材料是近年来新发展起来的、有可能在许多场合代替水泥，并有着比水泥更优异性能的新型材料。地质聚合物具有强度高、硬化快、耐酸碱腐蚀等优于普通硅酸盐水泥的独特性能，同时具有材料丰富、价格低廉、节约能源等优点引起了国内外材料专家的极大兴趣。
著名理论碱骨料反应也叫碱硅反应，是指混凝土中的碱性物质与骨料中的活性成分发生化学反应，引起混凝土内部自膨胀应力而开裂的现象。碱骨料反应给混凝土工程带来的危害是相当严重的。目前研究的地聚物材料95％以上都是由碱作为激发剂聚合而成。以碱性物质激发合成地质聚合物材料成本较高，且碱性激发剂的存在易使合成材料产生“碱骨料反应”，导致合成材料开裂和强度下降。酸激发合成的地聚物材料具有良好的抗压和抗化学腐蚀性等性能，可作建筑材料、管道、绝缘材料等。但目前以酸作为激发剂合成地质聚合物的研究很少，有少量相关文献显示，有人以高浓度盐酸或者硫酸作为激发剂与矿渣进行反应，制成地质聚合物。盐酸、硫酸都是强酸，价格较贵，从而使得制作成本高，而且高浓度酸在操作时不安全，对于工业生产是不利的。
发明内容
本发明针对上述提出的技术问题，发明一种地质聚合物的合成方法，该方法以硫酸作为激发剂，以失效硫酸基抛光液为辅助剂，与偏高岭土合成地质聚合物，使所合成的地质聚合物抗压强度好，质量优。最主要的是，以硫酸为激发剂所合成地质聚合物的过程中，模型干的较快，缩短了合成所需时间，提高了生产效率。
本发明技术方案如下：
一种地质聚合物的合成方法，主要技术方案为：将激发剂硫酸和作为辅助剂的失效硫酸基抛光液加入偏高岭土中，混合搅拌，注入模具中进行反应，反应结束后进行养护，即得产品。
其中，所述硫酸的用量为偏高岭土质量的0.6～1.0倍。
其中，所述失效硫酸基抛光液的用量为偏高岭土质量的0.5～1.1倍。
其中，所述的硫酸为质量分数为98％的浓硫酸。
其中，所述失效硫酸基抛光液中铝的含量按质量百分数计为0.3％。
其中，所述反应的反应条件为在温度为30～90℃下反应4～48h。
其中，所述的养护为将反应结束后所得物质放入密封袋中置于40～80℃环境中3～10天。
其中，所述的偏高岭土为将高岭土加热至400～900℃并保持0.5～2h，冷却后制得。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明的硫酸作为合成地质聚合物的激发剂，失效硫酸基抛光液为辅助剂。硫酸为强酸，能与偏高岭土中的活性硅、铝发生解聚——凝聚反应，失效硫酸基抛光液中的铝能明显促进解聚——凝聚反应的进行，反应合成地质聚合物时，形成具有SiO4和AlO4四面体随机分布的三维立体网络结构，碱金属或碱土金属离子分布于网络孔隙之间以平衡电价，形成性能好、质量优、高强度地质聚合物材料；而且本发明以硫酸作为主激发剂，失效硫酸基抛光液为辅助剂，有效减少了水的用量，地质聚合物干的比较快，大大缩短了地质聚合物生产时间，提高生产效率；本发明易于操作，工艺流程简洁。
具体实施方式
以下参照具体实施方式来进一步描述本发明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施，本发明保护范围并不受制于本发明的实施方式。本发明硫酸为市售分析纯(ART)，失效抛光液由广西南宁市南南铝业集团公司提供。
实施例1
将100g的高岭土放入马弗炉中加热至800℃并保温1h，冷却后得到偏高岭土。称取30g的偏高岭土，加入20g辅助剂失效硫酸基抛光液(失效硫酸基抛光液中铝的含量按质量百分数计为0.3％)，然后加入18g激发剂98％浓硫酸，搅拌均匀后注入模具，振荡以排出反应物中的空气，放入80℃恒温箱中反应，保持温度为80℃进行反应，反应时间为5h，反应结束后脱模，测得样品抗压强度为19MPa。将样品放入密封塑料袋中，在80℃恒温箱中养护，养护10天，此时测得其抗压强度达到为36MPa的高强度合成地聚物材料。实施例2
将100g的高岭土放入马弗炉中加热至900℃并保温0.5h，冷却后得到偏高岭土。称取30g的偏高岭土，加入15g辅助剂失效硫酸基抛光液(失效硫酸基抛光液中铝的含量按质量百分数计为0.3％)，然后加入30g激发剂98％浓硫酸，搅拌均匀后注入模具，振荡以排出反应物中的空气，放入30℃恒温箱中反应，保持温度为30℃进行反应，反应时间为48h，反应结束后脱模，测得样品抗压强度为16MPa。将样品放入密封塑料袋中，在40℃恒温箱中养护，养护10天，再次测其抗压强度，此时测得其抗压强度为26.5MPa的高强度合成地聚物材料。
实施例3
将100g的高岭土放入马弗炉中加热至750℃并保持2h，冷却后得到偏高岭土。称取30g的偏高岭土，加入33g辅助剂失效硫酸基抛光液(失效硫酸基抛光液中铝的含量按质量百分数计为0.3％)，然后加入24g激发剂98％浓硫酸，搅拌均匀后注入模具，振荡以排出反应物中的空气，放入60℃恒温箱中反应，保持温度为60℃进行反应，反应时间为10h，反应结束后脱模，测得样品抗压强度为28.2MPa。将样品放入塑料密封袋中，在60℃恒温箱中养护，养护5天，再次测其抗压强度，此时测得其抗压强度为42.9MPa的高强度合成地聚物材料。
实施例4
将100g的高岭土放入马弗炉中加热至800℃并保持1.5h，冷却后得到偏高岭土。称取30g的偏高岭土，加入33g辅助剂失效硫酸基抛光液(失效硫酸基抛光液中铝的含量按质量百分数计为0.3％)，然后加入24g激发剂98％浓硫酸，搅拌均匀后注入模具，振荡以排出反应物中的空气，放入90℃恒温箱中反应，保持温度为90℃进行反应，反应时间为4h，反应结束后脱模，测得样品抗压强度为29.0MPa。将样品放入塑料密封袋中，在55℃恒温箱中养护，养护8天，再次测其抗压强度，此时测得其抗压强度为45.6MPa的高强度合成地聚物材料。
本发明的硫酸作为合成地质聚合物的激发剂，失效硫酸基抛光液为辅助剂。硫酸为强酸，能与偏高岭土中的活性硅、铝发生解聚——凝聚反应，失效硫酸基抛光液中的铝能明显促进解聚——凝聚反应的进行，反应合成地质聚合物时，形成具有SiO4和AlO4四面体随机分布的三维立体网络结构，碱金属或碱土金属离子分布于网络孔隙之间以平衡电价，形成性能好、质量优、高强度地质聚合物材料；而且本发明以硫酸作为主激发剂，失效硫酸基抛光液为辅助剂，有效减少了水的用量，地质聚合物干的比较快，大大缩短了地质聚合物生产时间，提高生产效率；本发明易于操作，工艺流程简洁。

Claims (8)

1.一种地质聚合物的合成方法，其特征在于：将硫酸和失效硫酸基抛光液加入偏高岭土中，混合搅拌，注入模具中进行反应，反应结束后进行养护，即得产品。
2.根据权利要求1所述地质聚合物的合成方法，其特征在于：所述硫酸的用量为偏高岭土质量的0.6～1.0倍。
3.根据权利要求1所述地质聚合物的合成方法，其特征在于：所述失效硫酸基抛光液的用量为偏高岭土质量的0.5～1.1倍。
4.根据权利要求1所述地质聚合物的合成方法，其特征在于：所述的硫酸为质量分数为98％的浓硫酸。
5.根据权利要求1所述地质聚合物的合成方法，其特征在于：所述失效硫酸基抛光液中铝的含量按质量百分数计为0.3％。
6.根据权利要求1所述地质聚合物的合成方法，其特征在于：所述反应的反应条件为在温度为30～90℃下反应4～48h。
7.根据权利要求1所述地质聚合物的合成方法，其特征在于：所述的养护为将反应结束后所得物质放入密封袋中置于40～80℃环境中5～10天。
8.根据权利要求1所述地质聚合物的合成方法，其特征在于：所述的偏高岭土为将高岭土加热至400～900℃并保持0.5～2h，冷却后制得。
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