CN111423164A - 一种晶须增韧增强地聚合物及制备方法 - Google Patents

一种晶须增韧增强地聚合物及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种晶须增韧增强地聚合物,由以下重量份原料制备而成:硅铝质原料100份,激发剂35‑80份,晶须1‑9份,分散剂0.03‑0.3份;激发剂为氢氧化钠和模数为3.0‑3.5的水玻璃重量比为1:4~1:5的混合物。本发明采用晶须对地聚合物进行改性,晶须加入后能够有效地填充地聚合物的有害孔,充填在聚合物网状结构中,并起到桥接作用,且材料界面增加从而提高基体的表面能,有效阻止了裂纹的产生与扩展,提高地聚合物的力学性能,使得地聚合物强度提高,强度高、韧性好、耐高温性能好,产品附加值高。本发明的地聚合物主体原料来源丰富、成本低廉,实现对工业固废的有效利用,具有良好的经济效益和环保效益。

Description

一种晶须增韧增强地聚合物及制备方法
技术领域
本发涉及一种地聚合物,尤其是一种晶须增韧增强地聚合物,属于地聚合物技术领域。
背景技术
地聚合物是由硅铝质原料在激发剂作用下,通过“溶解-单体重构-缩聚”形成氧化硅四面体和铝氧四面体共用氧原子组成的三维网状骨架结构,具有类似地壳中一些天然矿物结构的无机聚合铝硅酸盐材料。与普通硅酸盐水泥生产相比,地聚合物生产过程不但能源消耗低,为普通硅酸盐水泥的30%左右;而且有害气体的排放少,CO2排放量仅为普通硅酸盐水泥的9%;同时可大量利用工业废渣,如粉煤灰、煤矸石等。地聚合物胶凝材料本身具有早强快硬、渗透率低、耐腐蚀、良好的耐久性等优良性能,可应用于混凝土材料的修补、应急抢修、核废物及危险物固化处置、海洋环境工程等领域,但该材料存在脆性大、固化时易失水开裂等主要问题。为此有学者进行了改性研究,例如,申请号201910537921.4的专利公开了一种苯丙乳液增韧地聚合物及其制备方法;申请号201810203132.2的专利公开了一种环氧树脂增韧偏高岭土基地聚合物及其制备方法;申请号201611127977.5的专利公开了一种壳聚糖改性地聚合物胶凝材料;申请号201910062137.2的专利公开了一种超高韧性地聚合物及其制备方法,所用的增韧剂为聚乙烯醇纤维;等等。以上专利或文章中,对地聚合物改性所采用的改性剂都是高分子材料,而高分子材料存在易老化,不耐高温等缺陷,因此得到的地聚合物的耐高温性能和力学性能较差;另外,上述改性地聚合物在水化硬化后,硬化体中存在着较多孔径为50~200nm有害孔,不但影响强度,也影响其抗冻性、耐久性等综合性能,制约了地聚合物的推广应用。
晶须是指自然形成或者在人工控制条件下以单晶形式生长成的一种纤维,其直径在微纳米数量级,没有晶界、位错、空穴等缺陷,其原子排列高度有序,因而其强度接近于完整晶体的理论值,其机械强度等于邻接原子间力。晶须的高度取向结构不仅使其具有高强度、高模量和高伸长率,而且还具有电、光、磁、介电、导电、超导电性质。晶须的强度远高于其他短切纤维,可用于制造高强度复合材料。现有技术中,尚没有采用晶须对地聚合物进行改性的报道。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中地聚合物的不足,提供一种晶须增韧增强地聚合物及制备方法,采用晶须对地聚合物进行改性,改性后的地聚合物具有良好的力学性能及耐高温性能。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的:
一种晶须增韧增强地聚合物,由以下重量份原料制备而成:硅铝质原料100份,激发剂35-80份,晶须1-9份,分散剂0.03-0.3份。
所述硅铝质原料为偏高岭土、煤矸石、粉煤灰或矿渣中的一种或二种以上任意比例的混合物。
所述晶须为钛酸钾晶须或硫酸钙晶须中的任意一种。
所述激发剂为氢氧化钠和模数为3.0-3.5的水玻璃重量比为1:4~1:5的混合物;更优选为氢氧化钠和模数为3.3的水玻璃重量比为1:4的混合物。
所述分散剂为木质素磺酸钠、木质素磺酸钙或十二烷基磺酸钠中的任意一种。
上述晶须增韧增强地聚合物的制备方法:将晶须和分散剂加入到激发剂中,机械搅拌后再超声分散均匀,获得悬浮液;将硅铝质材料加入到悬浮液中,以10-50r/min的转速慢搅2-3min后,再以100-200r/min的转速快搅2-3min,得到浆体,将浆体注入模具中成型,然后在20-25℃、相对湿度为90%-95%的条件下养护20-40h,脱模后,继续在20-25℃、相对湿度为90%~95%的条件下养护3-28d,即得。
本发明的有益效果:本发明采用晶须对地聚合物进行改性,制得晶须增韧增强地聚合物,晶须加入后能够有效地填充地聚合物的有害孔,充填在聚合物网状结构中,并起到桥接作用,且材料界面增加从而提高基体的表面能,有效阻止了裂纹的产生与扩展,提高地聚合物的力学性能,使得地聚合物强度提高,强度高、韧性好、耐高温性能好,产品附加值高。本发明的地聚合物主体原料来源丰富、成本低廉,实现对工业固废的有效利用,具有良好的经济效益和环保效益。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。下述实施例中,采用的钛酸钾晶须(NP-TW4)、硫酸钙晶须(NP-G02-I)购于上海峰竺复合新材料科技有限公司。
实施例1
一种晶须增韧增强地聚合物,由以下重量份原料制备而成:硅铝质原料(偏高岭土:粉煤灰=2:1,重量比)100份,激发剂80份(氢氧化钠和模数为3.3的水玻璃重量比为1:4的混合物),晶须(钛酸钾晶须)1份,分散剂(木质素磺酸钙)0.3份。
晶须增韧增强地聚合物的制备方法:将晶须和分散剂加入到激发剂中,机械搅拌15min后再超声分散30min,获得悬浮液;将硅铝质原料加入到悬浮液中,50r/min的转速搅拌1min后,再以200r/min的转速快搅拌3min,得到浆体,将浆体注入模具中成型,然后在25℃、相对湿度为90%的条件下养护24h,脱模,继续在25℃、相对湿度为90%的条件下养护28d,即得。
实施例2
一种晶须增韧增强地聚合物,由以下重量份原料制备而成:硅铝质原料(偏高岭土:粉煤灰=2:1)100份,激发剂80份(氢氧化钠和模数为3.3的水玻璃重量比为1:4的混合物),晶须(钛酸钾晶须)4份,分散剂(十二烷基磺酸钠)0.1份。
晶须增韧增强地聚合物的制备方法同实施例1。
实施例3
一种晶须增韧增强地聚合物,由以下重量份原料制备而成:硅铝质原料(偏高岭土:粉煤灰=2:1)100份,激发剂80份(氢氧化钠和模数为3.3的水玻璃重量比为1:4的混合物),晶须(钛酸钾晶须)6份,分散剂(十二烷基磺酸钠)0.15份。
晶须增韧增强地聚合物的制备方法同实施例1。
实施例4
一种晶须增韧增强地聚合物,由以下重量份原料制备而成:硅铝质原料(偏高岭土:粉煤灰=2:1)100份,激发剂80份(氢氧化钠和模数为3.3的水玻璃重量比为1:4的混合物),晶须(钛酸钾晶须)5份,分散剂(十二烷基磺酸钠)0.15份。
晶须增韧增强地聚合物的制备方法同实施例1。
实施例5
一种晶须增韧增强地聚合物,由以下重量份原料制备而成:硅铝质原料(偏高岭土:粉煤灰=2:1)100份,激发剂80份(氢氧化钠和模数为3.3的水玻璃重量比为1:4的混合物),晶须(钛酸钾晶须)7份,分散剂(木质素磺酸钠)0.21份。
晶须增韧增强地聚合物的制备方法同实施例1。
实施例6
一种晶须增韧增强地聚合物,由以下重量份原料制备而成:硅铝质原料(偏高岭土:粉煤灰=2:1)100份,激发剂80份(氢氧化钠和模数为3.3的水玻璃重量比为1:4的混合物),晶须(硫酸钙晶须)9份,分散剂(十二烷基磺酸钠)0.27份。
晶须增韧增强地聚合物的制备方法同实施例1。
实施例7
一种晶须增韧增强地聚合物,由以下重量份原料制备而成:硅铝质原料(偏高岭土:粉煤灰=2:1)100份,激发剂80份(氢氧化钠和模数为3.3的水玻璃重量比为1:4的混合物),晶须(硫酸钙晶须)5份,分散剂(木质素磺酸钠)0.18份。
晶须增韧增强地聚合物的制备方法同实施例1。
对比例
一种地聚合物的制备方法:将重量比为4:1的水玻璃溶液(模数为3.3)和氢氧化钠在室温下混合搅拌至氢氧化钠固体全部溶解,再静置24h后,得到碱激发剂;将100重量份硅铝质原料(偏高岭土:粉煤灰=2:1)、80重量份碱激发剂混合成浆体,将浆体注入模具中成型,在25℃、相对湿度大于90%的条件下养护24h,脱模,继续养护28d,制得地聚合物试样。
将实施例制得的晶须增韧增强地聚合物和对比例制得的地聚合物养护28d后测试抗压强度和抗折强度,并测试800℃煅烧后强度,测试结果如表1所示:
表1
Figure BDA0002434480120000051
由表1可以看出,与对比例的地聚合物相比,本发明实施例制得的地聚合物的抗压强度、抗折强度均明显提高,不同晶须以不同掺量掺入到地聚合物中,其强度提高有所不同,折压比从侧面可以体现产品的韧性,从折压比可以看出,晶须的掺入显著提高了地聚合物的强度和韧性。将地聚合物800℃煅烧后,本发明实施例制得的地聚合物的抗压强度和抗折强度达到对比样的1倍,表明本发明地聚合物的耐高温性能好。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种晶须增韧增强地聚合物,其特征在于,由以下重量份原料制备而成:硅铝质原料100份,激发剂35-80份,晶须1-9份,分散剂0.03-0.3份;所述硅铝质原料为偏高岭土、煤矸石、粉煤灰或矿渣中的一种或二种以上任意比例的混合物;所述激发剂为氢氧化钠和模数为3.0-3.5的水玻璃重量比为1:4~1:5的混合物。
2.如权利要求1所述晶须增韧增强地聚合物,其特征在于,所述晶须为钛酸钾晶须或硫酸钙晶须中的任意一种。
3.如权利要求1所述晶须增韧增强地聚合物,其特征在于,所述激发剂为氢氧化钠和模数为3.3的水玻璃重量比为1:4的混合物。
4.如权利要求1或2或3所述晶须增韧增强地聚合物,其特征在于,所述分散剂为木质素磺酸钠、木质素磺酸钙或十二烷基磺酸钠中的任意一种。
5.权利要求1或2或3或4所述晶须增韧增强地聚合物的制备方法,其特征在于,将晶须和分散剂加入到激发剂中,机械搅拌后再超声分散均匀,获得悬浮液;将硅铝质材料加入到悬浮液中,以10-50r/min的转速慢搅2-3min后,再以100-200r/min的转速快搅2-3min,得到浆体,将浆体注入模具中成型,然后在20-25℃、相对湿度为90%-95%的条件下养护20-40h,脱模后,继续在20-25℃、相对湿度为90%~95%的条件下养护3-28d,即得。
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