CN101208279A - 粘性材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种组合物，包括纳米颗粒和表面活性剂，其中所述的纳米颗粒和表面活性剂混合在一起，使得所述的纳米颗粒均匀的悬浮于所述的表面活性剂之中。

Description

粘性材料及其制备方法

本申请要求马修·皮扎在2005年6月29日提起的美国专利申请序列号11/170,769的优先权。

技术领域

本发明通常涉及建筑材料，更具体而言涉及用于建筑材料的组合物以及制备该组合物的方法。

背景技术

目前，水泥基轻质建筑材料的强度有限。这些材料通常利用蛭石和/或其它纤维轻质材料，水和水泥制备。为了制备这些建筑材料，由于蛭石以及其它纤维轻质材料吸收性很强并且能吸收巨量用于制备建筑材料的水，因此需要大量的水。需要被蛭石和其它纤维轻质材料吸收的水弄湿和强化水泥。在水泥基建筑材料中用水增加了建筑材料的重量，并且尽管能够制备建筑材料，但在水泥基建筑材料从冰冻至解冻时会引起应力破裂。

因此需要制备一种组合物，该组合物能够减少制备建筑材料的水用量。还需要制备一种能够加入水泥的掺加剂，其和蛭石、其它纤维轻质材料一起制备包括微量水的建筑材料。此外，还需要制备一种建筑材料，其中加入一种液体或者凝胶润湿剂以浸透建筑材料中的蛭石和其它纤维轻质材料，由此避免对水的需要。此外，还希望结合某种活性成分用以最小化或者消除加入的建筑材料之间的反应。

发明内容

本发明通常涉及建筑材料，更具体而言涉及用于建筑材料的组合物以及制备该组合物的方法。所述组合物包括多种化学品并且通常不希望其间发生反应。

本发明的一个基本目的是用于提供一种用于制备建筑材料的粘性组合物，该粘性组合物能够克服现有技术的建筑材料的缺陷。

本发明的另一个目的是制备一种粘性组合物，该组合物由结合一种掺加剂(admixture)和水泥基材料、橡胶、塑料中的一种形成。

本发明的另一个目的是制备一种粘性组合物，其中所述的掺加剂包括以降低或者消除之间反应的某种活性成分。

本发明的另一个目的是制备一种粘性组合物，其中所述的掺加剂能够提高强度并且降低所得到建筑材料的重量。

本发明的另一个目的是制备一种粘性组合物，其中所述的掺加剂中的各成分相关性能互不干扰的作用于建筑材料。

本发明的另一个目的是制备一种建筑材料，包括至少一种纳米颗粒和纳米管以对所得到的建筑材料提供附加的品质。

本发明的另一个目的是制备一种组合物，包括一种非离子表面活性剂以及纳米颗粒和纳米管的至少一种，其至少以凝胶和浆液(slurry)的一种形式，存在并可作为润湿剂。

本发明的另一个目的是提供至少纳米凝胶和纳米浆液组合物中的一种，所述的组合物可用作与利用上述掺加剂制备的建筑材料联合使用的附加产品。

本发明的另一个目的是提供一种将多种活性化学品间反应降到最低的方法。所述的方法包括加入第一化学品和第一隔离层，第一隔离层在第一化学品之上。加入第二化学品和第二化学品在第一隔离层之上。加入第二隔离层，第二隔离层在第二化学品之上。加入另一种组合物，所述的组合物在第二隔离层之上。所述的化学品和隔离层均匀混合，因此均匀分布第一、第二和其它化学品以形成掺加剂，其中所述的化学品以密度降低的顺序加入。

本发明的另一个目的是提供一种组合物，包括第一化学品、第二化学品；和至少一个位于第一和第二化学品之间的隔离层以阻止二者反应。通过以预定的方式混合所述的组合物，得到一种各所述的第一和第二化学品均匀分布的掺加剂。

本发明的另一个目的是提供一种组合物，包括基质、浇铸材料物质的至少一种和一种掺加剂。所述的掺加剂包括超塑剂、自凝固剂、收缩减少剂和多个隔离层。当制备的掺加剂时，在各个掺加剂的相邻成分之间提供一个隔离层以防止相邻成分混合，由此将成分之间的反应降到最低，并允许各种成分独立的保持各自相关的特性。当所述的掺加剂与基质混合并形成组合物时，所述的掺加剂均匀分布在组合物中以使得至少一种基质和浇铸材料物质以及掺加剂的各成分相互粘结。

本发明的另一个目的是提供一种制备组合物的方法。所述的方法包括将预定量的至少一种基质和浇铸材料与至少一种水和润湿剂结合以浸透所述的至少一种基质和浇铸材料。此后，将掺加剂与浸透的基质和浇铸材料物质结合。所述的掺加剂包括超塑剂、自凝固剂、收缩减少剂和多个隔离层。在各个掺加剂的相邻成分之间提供一个隔离层以防止相邻成分混合，由此将成分之间的反应降到最低，并允许各种成分独立的保持各自相关的特性。该方法提供连续的混合至少一种基质和浇铸材料物质以及掺加剂并形成一种组合物，其中掺加剂的各成分均匀分布在组合物之中以使得掺加剂的成分与至少一种基质和浇铸材料物质以及掺加剂的各成分相互粘结，并具有掺加剂中各成分相关的特性。

本发明的另一个目的是制备一种掺加剂和一种简单、易于使用的掺加剂和建筑材料。

本发明的另一个目的是制备一种制造成本经济的建筑材料。

本发明的其它目的将随着描述显而易见。

附图说明

当结合附图进行考虑时，可以更充分理解本发明的各种目的、特征和附带的优点，其中在不同的附图中相同的参考符号表示相同或者相近的部分。

图1是一流程图，示出了制备掺加剂的工艺。

图2是一剖视图，示出了在混合之前形成掺加剂的各成分分层。

图3是一流程图，示出了制备包括所述的掺加剂的建筑材料的工艺。

图4是一透视图，示出了用于混合形成建筑材料各成分的静态混合器。

图5是一流程图，示出了制备本发明的掺加剂的替代实施方式的工艺；和

图6是一剖视图，示出了所述的掺加剂的替代实施方式的分层。

具体实施方式

本发明描述了一种用于制备可用于建筑和工程材料的化学掺加剂。所述的物质能够用于结构的美观装饰以及支撑结构。因此，所述的化学掺加剂能够至少与水泥基质材料、塑料材料和橡胶材料中的一种联用，并且使用该掺加剂所得到的材料具有至今我们无法认识到的提高的特性。所得到的材料由此包括掺加剂、蛭石和用于将所述材料铸成所需形状的基质。因此，以下对水泥基建筑材料的描述并不能被认为限于掺加剂，将在随后的描述中指出其可以用于其它场所具有其它效果。

当制备包括水泥和蛭石和/或者纤维轻质材料的建筑材料时，蛭石或者轻质材料将在加入水之前首先置于掺加剂中。本发明的化合物或者掺加剂不与轻质材料反应。所述的掺加剂将仅与水泥基材料反应，因此当将轻质掺加剂与该材料混合时蛭石必须先用水打湿。

本发明是一种混合通常在一起彼此进行不必要的反应的成分的方法，通常认为他们不应该混合在一起。当将一种液体或者凝胶直接加入掺加剂中的蛭石或者轻质粗材料时便得到所述的方法。

所述的混合各成分的方法涉及的成分是通常用于制备建筑材料，特别是水泥基建筑材料的成分，这些成分在接触时通常会反应。

在本发明中制备本发明掺加剂的方法中使用的成分包括：

*羧基化聚醚，例如超塑聚合物

*羧基化丙烯，例如自凝固剂

*脂肪族丙烯、乙二醇醚，例如收缩减少剂

*表面活性剂，优选非离子表面活性剂

加入掺加剂的其它成分可包括：

*水减少剂-羧基化聚醚、钙、硝酸盐和葡萄糖胺的水溶液；

*用于减少离析的粘度控制剂；

*收缩控制剂；

*防水剂；和

*空气夹带剂

加入掺加剂的其它成分包括：

*由硅基氧化物形成的纳米颗粒；

*由硅基氧化物形成的纳米管；

*乳液；

*氧化镱、氧化铝、铝硅氧化物、钡硅氧化物、钡锆氧化物、铈氧化物、镁氧化物和锆氧化物的至少一种。

当分别置于水泥掺加剂时，上述成分都不是商标名称而是由它们的功能所限定。

上述掺加剂与水泥和蛭石制备的建筑材料存在许多缺陷。特别的，蛭石将吸收大量的水。20磅蛭石将吸收多至5加仑的水并得到具有与湿砂坚固性的组合物。因此，不需要直接将掺加剂加入蛭石中，因为蛭石将吸收掺加剂中的组分并因此阻止在含有水泥基材料的混合物中均匀分布。所述的掺加剂和额外量的水加入水泥混合物。掺加剂的使用实质上减少了在制备建筑材料时加入的水量或者潜在的消除了加入水的需要。此外，可以在组合物中加入一种轻质纤维偏高岭土(matakatolin)以增强所得到的建筑材料。

可选择地，可以向蛭石中加入液体或者凝胶润湿剂代替水，由此在没有水的条件下打湿蛭石。由于已知的润湿剂的特性，需要明显少量的润湿剂。此外，已知的润湿剂比水轻，因此减少饱和蛭石或者纤维轻质材料的重量。再者，当混合需要与产品反应的物质时液体或者凝胶润湿剂可混合于所用的掺加剂中。液体或者凝胶润湿剂可用于形成掺加剂各反应成分之间的层，从而减少水量，并因此降低使用掺加剂制备的产物的重量。

因此，如在下文中讨论的，通过本发明的组合物制备的建筑材料通常通过可以阻止其内部之间相互反应的层方法而使相互反应的化学成分结合在一起。组合物通过使用掺加剂形成，其中，在添加次重的成分之前，在最重的一种化学成分上，形成水和液体或者凝胶润湿剂之一的层，从而能防止其相互发生反应。因此，在继续结合化学品时，水和液体或者凝胶润湿剂之一的层在之前和随后向掺加剂添加的成分之间形成。

可以向蛭石中，添加液体或者凝胶润湿剂代替水，从而不用水润湿蛭石。由于已知润湿剂的性质只需很少量的润湿剂就能浸透蛭石或者纤维轻质材料。此外，已知的润湿剂比水轻很多，并因此能够降低浸透蛭石或者纤维轻质材料的重量。此外，当混合需要与产品反应的任意材料时，可以将液体或者凝胶润湿剂混合在使用的掺加剂中。液体或者凝胶润湿剂可以用于在掺加剂的活性成分之间形成层，从而减少水量，并因此降低使用掺加剂制备的产物的重量。

此外，可以向水泥中添加液体或者凝胶润湿剂代替水，从而不用水润湿水泥基材料。制备的水泥基材料具有与水混合所得最终产品相同的性质。由于用水量减少，粘性材料比常规混凝土混合物更牢固。

用于制备掺加剂优选的润湿剂是非离子表面活性剂。表面活性剂是具有亲水性部分和疏水性部分的化合物。表面活性剂的化学性质使得物质能降低体系的表面张力，因此能将表面活性剂用作润湿剂。表面活性剂的亲水性片段通过环氧乙烷的摩尔系数判断。环氧乙烷链形成表面活性剂分子的亲水部分。分子的该部分越大，非离子表面活性剂水溶性越好。另外，表面活性剂和它们的功能性使用描述亲水/亲油平衡(HLB)的专门标准判断。低HLB值象征良好油溶性的表面活性剂，而高HLB表示具有良好水溶性的表面活性剂。HLB值是基于表面活性剂分子结构计算的数值标准。理想的说，非离子表面活性剂具有7-9的HLB值。

优选的是，非离子表面活性剂是辛基苯酚乙氧化物，其通过向辛基苯酚加成环氧乙烷制备。所得辛基苯酚乙氧化物在宽的温度和pH范围内均是有效的，并能形成在农业领域中用作低起泡润湿剂的浓凝胶和粘稠溶液。但是，它们的化学性质使得它们能用于本发明的掺加剂中。非离子表面活性剂定位于另外的材料之间，例如增塑剂和收缩减少剂，以防止其中普遍存在但不需要的内部反应。在添加时，表面活性剂作为按序添加的掺加剂成分的隔离层。当所有添加的成分混合在一起时，表面活性剂被融入掺加剂中。

可选择地，可以在掺加剂中添加乳液层代替非离子表面活性剂。与表面活性剂类似，乳液层位于按序添加的掺加剂成分之间并作为隔离层阻止成分提早和/或者不需要的反应。乳液能作为在混合后帮助不同成分分散的载体试剂。乳液还能用作润湿剂，从而代替在现有技术建筑材料中使用的水。

向掺加剂中添加的其它增强成分是硅基氧化物。硅基氧化物是用作固化增强剂的优良添加剂。此外，硅基氧化物用于提高化合物的耐擦试性。基于提高的硬度和耐擦试性，硅酸盐尤其能用作砖和建筑材料中的添加剂。

优选的硅基氧化物以纳米颗粒或者纳米管的方式加入掺加剂中，例如纳米材料公司制备的PURENANO

。这些硅基氧化物的纳米颗粒提供了非聚集纳米等级的材料，其能够在混合物，例如在本发明的掺加剂中均匀分散。纳米颗粒增强的特征是它们结构的结果。更具体而言，硅在晶格的级别上与一种或者多种金属的组合物使得机械、光、热、电、表面、结构和其它性质发生改变。因此，硅基氧化物的纳米颗粒尤其可以适用于本发明的掺加剂中。可以使用的不同硅基氧化物的实例有铝硅氧化物、锆硅氧化物和其它复合金属硅氧化物、二氧化硅、烟灰、硅粉、偏高岭土、火山灰(pazzolants)。

此外，已经确定通过将预定量的表面活性剂与预定量的至少纳米颗粒和纳米管的一种形成的凝胶和/或者浆液提供最高的利用其中的纳米颗粒和纳米管之一相关的特性的效率机制。优选地，纳米颗粒和纳米管是泡沫形式。所述的表面活性剂用作高级载体剂允许纳米颗粒完全均匀地分散于凝胶和/或者浆液中。发生这种现象的原因是在组合物中使用了表面活性剂降低了溶液的表面张力。由于降低了组合物的表面张力，因为材料之间的空隙变窄，所得到的材料强度较大。由于空间变窄，所述的组合物可以容纳更大量的纳米颗粒。

此外，这种纳米颗粒和表面活性剂的凝胶和/或者浆液悬浮液还提供一种改进的结合纳米颗粒和水基和/或者水携带(borne)产品的方法。这是因为表面活性剂是有益的润湿剂，它不进一步稀释水基材料。因此，一旦与额外的水基材料结合，所得到的组合物能够具有与纳米材料和纳米管的至少一种的相关特性。通过与纳米表面活性剂浆液结合改进的水基材料包括但不限于密封剂、涂料、乳胶、水致氨基甲酸乙酯和冷用焦油沥青。此后，这些改进的产品可与下文描述的利用本发明的掺加剂制备的建筑材料联合使用。

用于形成本发明的纳米凝胶和/或者浆液的优选的表面活性剂是设计用于农业化学品的那些。因此，他们是生物可降解的、无毒、不可燃且不含磷。所述的表面活性剂是含有乙醇、乙氧基化合物、异丙醇、二甲氧硅氧烷、苯酚乙氧基化合物的非离子表面活性剂。通常，，上述用农业表面活性剂含有一夸脱的表面活性剂，该表面活性剂在用作润湿剂之前被100-125加仑的水稀释。在现有的稀释液中，表面活性剂的用量在40％-50％重量比之间。但是，本发明的纳米表面活性剂组合物无需直接用水稀释表面活性剂且可以直接加入纳米颗粒和纳米管。可选择地，本发明每夸脱的表面活性剂可用多至10加仑的水。因此，本发明表面括性剂的稀释液混合物可含有超过80％重量的表面活性剂。

本发明创造性的纳米凝胶和/或者纳米浆液允许包括1％-50％容量或者重量的纳米颗粒和纳米管的至少一种的组合物。加入浆液和/或者凝胶的纳米颗粒的量取决于纳米浆液潜在的用途。随着纳米颗粒百分量的增加，纳米浆液粘度降低且更凝胶化。本发明的配方允许用户确定加入浆液或者凝胶中的纳米颗粒的精确量。除了向表面活性剂加入纳米颗粒或者纳米管之外，其它物质也可加入以制备多种终端产品。可添加的物质包括但不限于纤维材料，如微纤维、结构纤维和蛭石。此外，所述的掺加剂也可加入凝胶或者浆液之中。一旦加入上述物质，纳米颗粒和/或者管就可以结合或者悬浮在凝胶或者浆液中。

所述的纳米凝胶和/或者浆液通过向其中加入纳米颗粒和纳米管的同时均匀加入和混合表面活性剂形成。纳米表面活性剂凝胶或者浆液的形成方式将在下文中结合附图4详细说明。这允许纳米颗粒均匀的悬浮于表面活性剂之中，如上所述凝胶或者浆液用作载体剂。这种纳米颗粒均匀的悬浮导致表面活性剂易于加入其它材料，制备具有出众的特性的产品，所述的特性包括但不限于化学特性、电学特性、光学特性和提高的结构特性。此外，所述的纳米颗粒能够提供由此值得的材料，特别是具有提高的韧性、抗张强度、密度及降低的渗水性的水基材料。

如何制备掺加剂

实施例：5加仑混合物

使用普通自来水，在5加仑的范围内导入超塑剂混合物，并加入足够的水，在超塑剂的顶部放置约八分之一英寸的水/表面活性剂隔离层。水/表面活性剂层作为隔离层并停留在超塑剂的顶部，因为水/表面活性剂比超塑剂轻。当向水/表面活性剂的顶部倒入下一成分，如自凝固剂(或者自紧缩剂)时，不会溢料或者发生化学反应。该方法按照如下重复：在第二层上放置基本相同量的一层水/表面活性剂，并添加第三种成分，例如收缩减少剂。然后对于向掺加剂中添加每一种额外的成分重复该方法。

在上述示意性的掺加剂中，具有基本为1.25加仑超塑剂、基本为2.5加仑的自凝固剂和基本为0.75加仑的收缩减少剂。以上描述的掺加剂还包括基本为0.5加仑的水/表面活性剂隔离层，其分布于超塑剂、自凝固剂和收缩减少剂的每一层之间。此外，如上所述，每一层独立的水/表面活性剂隔离层基本上是相同的量。

上述掺加剂通过向水泥基产品中添加具有多种成分的掺加剂而产生。同样的方法可以用于其它化学掺加剂。上述方法可以用于制备包括通常彼此会发生反应的用于多种不同目的的掺加剂。上述掺加剂的用途仅用于实施例的目的，并不用于限定本发明的方法。

可选择地，取代水/表面活性剂的掺加剂，水、液体润湿剂、凝胶润湿剂和凝胶状润湿剂的至少一种可以位于化学添加剂的每一相邻层之间。该隔离层还可包括上述的纳米凝胶或者纳米浆液混合物，其将允许特定纳米分明和纳米管的相关特性和性能应用于掺加剂。

当制备轻质混凝土混合物原料时，例如蛭石、漂莱特(purlite)、云母等通常与水泥联用。但是，这些原料的使用存在问题，这是由于这些轻质材料都是高吸水性的。因此该混合物需要大量的水从而实现需要的功能。将大量的水与水泥混合会降低水泥的强度并增加所得混凝土产品的重量。本发明的掺加剂能够减少所需的水量，从而增加所得建筑材料的强度并降低其重量。本发明示意性的配方如下配方A所示出。

配方A

*2份羧基化聚醚，例如超塑聚合物；

*1份羧基化丙烯，例如自凝固剂；

*1份脂肪族丙烯、乙二醇醚，例如收缩减少剂；和

*1份表面活性剂

除了配方A中列出的成分以外，在掺加剂中还可以包括其它额外的化学品以赋予其额外的性质。这些额外的化学品包括至少1份空气夹带剂、1份硅基氧化物的纳米颗粒和1份乳液。以硅基氧化物形式形成的纳米颗粒的描述仅仅是出于实施例的目的，且任意类型具有与其相关的期望性质的纳米颗粒均可以与本发明的掺加剂和/或者粘性材料一起使用。可选择地，加入配方A的表面活性剂可以是上述的创造性的纳米浆液或者凝胶。通过向配方中加入纳米浆液或者凝胶，其它成分更均匀、更有效地分布在所得到的组合物中，且具有较单独加入纳米颗粒或者纳米管明显提高的性能。

上述列出的化学品位于混合筒中，并在相邻之间包括水和/或者润湿剂层。该层防止本发明的掺加剂成分之间的不希望和不需要的相互反应。

可选择地，混合物可以使用多种乳液作为输送/润湿剂，其定位于上述每一独立的成分之间。因此，乳液可以是掺加剂的层成分之一，或者其可以作为其按序添加的成分之间的隔离层。

此外，由硅基氧化物形成的纳米颗粒可以是位于两层之间的它们自身独立按序添加的层。可选择地，纳米颗粒可以与上述按序添加的另一成分层联用，特别是表面活性剂层以上述的方式。此外，纳米颗粒可以在浇铸工序前迅速喷射至混合物和/或者组合物中。纳米颗粒具有至少一种能赋予用于制备建筑材料的组合物的预定性质。这些性质包括但不限于强度、提高耐久性、降低热膨胀性、颜色增长性和提高的硬度。此外，提高材料的电、化学和光特性可通过向混合物中加入纳米颗粒实现。

本发明的建筑材料在将上述掺加剂通过具体引用图3和4所讨论的本发明的方法时制备。混合后，制备山最终可浇铸的水泥混合物，其具有混凝土的所有性质且没有上述缺陷。所得建筑材料基本上重量降低、弹性增加和拉伸强度提高，其超过常规混凝土的4倍。例如，常规混凝土具有高达2001bs.的拉伸强度和弹性强度，而本发明的建筑材料具有650-8501bs.的拉伸强度和弹性强度。

本发明的建筑材料包括下表1所示原料的组合物。这些原料通常是干粉料，并与如上述配方A的掺加剂联用而制备建筑材料。

表1：原料

·水泥

·砂石或者二氧化硅

·偏高岭土-apozzo-lanie材料

·蛭石或者漂莱特替代品、云母等

·纤维

·聚丙烯

·聚乙烯

·纤维玻璃或者任意的其它纤维材料

·纳米管和纳米粉末的至少一种

用于制备本发明建筑材料的上述原料的量可以根据使用者的需求而改变。

为了制备本发明的建筑材料，来自表1的特定原料与配方A的组合物将在以下作为配方B进行讨论。配方B包括：

配方B

·1袋水泥？？约94磅

·501bs砂石

·201bs蛭石

·5b1s偏高岭土

·0.25磅聚丙烯微纤维

·11b聚丙烯结构纤维

·1夸脱配方A的掺加剂

·8加仑水

上述原料与配方A的掺加剂能够制备出可用于形成大量不同水泥基产品的非常稳定的单片粘性水泥基混合物。所得建筑材料是具有提高拉伸和弹性强度以及重量减轻的混凝土材料。

此外，制备水泥基材料的强度可以得到提高，且通过使用通常用于农业领域以湿润土地的液体或者凝胶润湿剂代替水，从而降低重量。还解决过度湿润水泥的问题，并由此制备出更稳定均匀的混合物。此外，当在具有吸收性的水泥基中使用轻质材料如蛭石时，在轻质材料中捕获的水汽长时间释放至水泥基材料中以增强水泥基材料，其能比常规的混凝土持续更长的时间，这是由于水泥材料的水合能使其稳定，从而使得材料迅速固化并还能固化的更牢固。

上述掺加剂和方法还能用于混合水泥浆、灰泥和任意其它的水泥混合物。

此外，上述混合技术可以用于形成橡胶和塑料材料。例如，由乙酸酯、PVC、聚乙烯纤维和聚丙烯纤维形成的粘性组合物可以使用位于在混合过程中每一独立添加成分之间的凝胶乳液隔离层而制备。其能防止在其均匀混合之前各成分之间的反应。此外，上述纳米颗粒、纳米粉末和纳米管的至少一种也能以所述的方式添加至混合物中，作为单独的层或者作为单独层的一部分，如表面活性剂以纳米浆液的形式。

现在讨论附图以显示和描述本发明创造性的方法以及使用本发明方法制备的本发明的组合物。

图1是一流程图，示出了用于制备本发明的掺加剂或者制备由通常会彼此反应的成分形成混合物的方法。如该图所示，掺加剂如步骤S2中讨论的通过添加预定量的羧基化聚醚，例如超塑剂而制备。随后，如步骤S4中所述，在超塑剂上放置水、液体润湿剂或者凝胶润湿剂的至少一种的层以形成隔离层。如步骤S6中所述，在水、液体润湿剂或者凝胶润湿剂的至少一种的层上放置羧基化丙烯，例如自凝固剂的层。通常，当羧基化聚醚与羧基化丙烯混合时，会产生化学反应，例如起泡。但是，其中水、液体润湿剂或者凝胶润湿剂的至少一种的隔离层存在最小化或者消除了在羧基化聚醚和羧基化丙烯A之间的反应。此后，如步骤S8中所述，水、液体润湿剂或者凝胶润湿剂的至少一种的其他阻挡可以放置于羧基化丙烯层的上方。随后，如步骤S10所述，脂肪族丙烯、二醇醚，例如收缩减少剂可以放置于羧基化丙烯的上方。此后，可以混合通过这些成分组合形成的掺加剂，而不会在用于制备建筑材料的成分中形成反应。

如步骤12中所讨论的，通过首先放置水、液体润湿剂或者凝胶润湿剂的至少一种隔离层，然后添加另外的材料，例如空气夹带剂。如步骤S14中所讨论的，在添加一层羧基化聚醚、钙、硝酸盐和葡萄糖胺，例如减水剂时，在步骤S16所述的隔离层上方之前，可以在空气夹带剂上定位水、液体润湿剂或者凝胶润湿剂的至少一种的层。还可以在先前层和例如步骤S18中讨论的自紧缩剂、如步骤S20所讨论的收缩减少剂和水、步骤S22中讨论的排水剂等进一步的层之间放置隔离层。

在图2中示出了包括层成分的筒的剖视图，通常用数字10表示。从该附图可以看出，水、液体润湿剂或者凝胶润湿剂至少一种的隔离层28将掺加剂中的每一种成分分离，从而减少或者防止成分间的反应。从该附图可以看出，掺加剂通过使用预定量的羧基化聚醚，例如超塑剂12形成底层而形成。在羧基化聚醚14上放置羧基化丙烯14，例如自凝固剂等层，其中具有水、液体润湿剂或者凝胶润湿剂至少一种的隔离层28。然后在羧基化丙烯的层上放置水、液体润湿剂或者凝胶润湿剂至少一种的另外的隔离层28，再在隔离层上放置脂肪族丙烯、乙二醇醚16，例如收缩减少剂等层置于所述隔离层之上。然后可以通过将这些成分的组合物混合形成掺加剂，而在用于制备建筑材料的成分之间没有任何反应。

通过首先在脂肪族丙烯、乙二醇醚16上放置水、液体润湿剂或者凝胶润湿剂至少一种隔离层28从而可以添加其他的材料，如空气夹带剂18到混合物中。可以在空气夹带剂上放置水、液体润湿剂或者凝胶润湿剂至少一种的另外的隔离层28，并在隔离层上放置羧基化聚醚、钙、硝酸盐和葡萄糖胺20，例如水减少剂的水溶液层。还可以在先前层和例如自紧密剂22、收缩减少剂24和防水剂26等进一步的层之间放置隔离层。成分添加的顺序如提供的示意性顺序。在实践中，只要水或者润湿剂形成的层位于各层之间，这些成分就可以按照任意的顺序添加，并能保持层间的分离直至混合形成掺加剂。

图3是一流程图，示出了使用上述参照图1和2讨论的掺加剂制备建筑材料的方法。为了制备本发明的建筑材料，如步骤S100中讨论的，将所需量的轻质填料，例如蛭石与基本能浸透蛭石量的水和润湿剂的至少一种联用。此外，需要向蛭石中添加微纤维。然后，如步骤S102中讨论的，向浸透的蛭石和微纤维中添加测定量的水泥。还可以将砂石、二氧化硅和其他成分，例如玻璃纤维或者其他纤维与水泥一起添加。然后，如步骤S104中讨论的，向水泥和蛭石/微纤维的组合物中添加上述的掺加剂。此时，如步骤S106中讨论的，需要时可以向组合物中添加偏高岭土，例如火山灰材料。然后，如步骤S108所述，可以添加结构纤维。如使用数字110标记的箭头指出的，必须或者为了获得所需的耐久性，可以连续加入偏高岭土和结构纤维。全部过程在混合装置中进行，并在整个过程中持续混合。在添加水泥后，必须添加额外的水或者润湿剂。

可选择地，如图4所示，该方法可以在静态混合器400中进行。如可以在该附图中看出的，在静态混合器400的顶部/漏斗404中，并沿着轨道406、408添加制备建筑材料所需的成分402，在其中持续搅拌成分。从位于其上的管410加入混合器的是本发明的掺加剂。掺加剂可以单独或者与水或者润湿剂一起提供给水泥。将掺加剂与水或者润湿剂置于存储器泵中并在压力下供入静态混合器400中以与水泥反应制备类似固体的糊状粘性物质。在组合物的成分402通过静态混合器400时，它们被持续搅拌而形成均匀的混合物。向置于静态混合器400中的成分402施加压力418，从而强制向静态混合器400中加入成分并将成分402从其中压出。压力418可以通过任何能够产生足够压力的物质提供，例如氮气或者空气。然后在静态混合器400的底部清除混合的组合物以移除压力诱导剂。

本发明的掺加剂能够制备具有预浇铸混凝土的所有特性而没有任何缺陷的轻质材料。使用上述的掺加剂和方法制备的材料与混凝土相比重量较轻，更牢固且更不易开裂。该方法通过以独特的方式组合原料而创造了新的材料。将诸如混凝土、砂石、偏高岭土、蛭石、纤维等材料与掺加剂组合，将这些通常无法结合的成分结合在一起，从而制备出具有粘合物质的产品，其具有基本上均优于常规混凝土的压缩弯曲和抗张强度。

除了制备优异的结合组分以外，所述的掺加剂能够将大量的偏高岭土、火山灰材料加入混合物中。这在过去是不可能的。火山灰是天然或者工业制备的材料，其会与波兰水泥(Portland)的水合释放的石灰反应。通过该反应，添加的偏高岭土有效地将自由石灰消除并将最终材料转化为稳定的水泥基产品。火山灰也能降低水泥糊剂的渗透性。这有助于防止冒泡和低渗透性的水溶液中的渗透性物质的浸入，从而获得持久水泥基混合物，其能抵抗硫酸盐、酸、冷冻或者解冻条件、去冰盐和海水的侵蚀。此外，轻质填料，例如蛭石添加到掺加剂中不仅有助于降低最终产品的重量，还能吸收液体和水等。该材料缓慢且持续地固化，这是由于蛭石在混合物中水的蒸发随时间释放的作用。因此，水泥基最终产品以液体的形式持续提供，从而将开裂的可能性最小化并强化了最终产品。

此外，本发明的掺加剂可以与含有至少一种包含纳米颗粒和纳米管的第二混合物结合而制备水泥基材料。纳米颗粒和/或者纳米管使水泥基材料强度增加。此外，所得水泥基材料的重量基本上比常规水泥基材料轻。可选择地，如下文中参考图5和6所讨论的，本发明的建筑材料可以包括在混合过程中均匀分布在混合物中的纳米颗粒和/或者纳米管。

此处的静态混合器也是混合表面活性剂和纳米颗粒混合物制备本发明的纳米凝胶或者纳米浆液的优选方式。静态混合器使得纳米颗粒均匀的混合以便在表面活性剂中保持悬浮。此外，如上所述，与掺加剂相似，在制备纳米凝胶或者浆液时，其它纤维材料还可作为组分加入通过静态混合器混合。可选择地，利用CONN

牌刀片的混合工艺可成功地混合表面活性剂和纳米颗粒混合物以制备本发明的纳米凝胶。

图5是一流程图，示出了如何制备其他实施方式的掺加剂。与图1类似，如步骤S500中示出的，在筒中加入超塑剂。然后，重要的是如步骤S502中讨论的形成隔离层。然而，与图1中制备的掺加剂不同，在步骤S502中形成的隔离层是由HLB值为7-9的非离子表面活性剂的润湿剂形成。然后，如步骤S504所示，在第一隔离层上加入预定量的收缩减少剂。非离子表面活性剂第一隔离层防止超塑剂与收缩减少剂彼此反应。如步骤S506所示，第二隔离层通过在第二收缩减少剂和超塑剂的层上添加非离子表面活性剂而形成。然后，如步骤S508所示，在第二隔离层上添加由硅基氧化物形成的纳米颗粒层。纳米颗粒的硅基氧化物为之后与水泥基材料结合以制备最终的掺加剂的混合中赋予增强的硬度和提高的结构支持。如步骤S510，在纳米颗粒材料、收缩减少剂和超塑剂上添加非离子表面活性剂的第三隔离层。此后，步骤S512需要在第三非离子表面活性剂隔离层上添加的乳液材料层。如步骤S514所需，在乳液层上添加最终第四非离子表面活性剂隔离层。这就完成了本发明掺加剂的其他实施方式。然后，在步骤S516中，将完全层化的掺加剂与预定的水泥基材料结合以制备用于制备建筑材料的混合物产品，该建筑材料具有有利于形成优异建筑材料的优异的拉伸强度、硬度以及结构特性。

可选择地，步骤S502、S506、S510和S514可以包括使用乳液作为位于超塑剂、收缩减少剂和纳米颗粒之间的隔离层。此外，由硅基氧化物形成的纳米颗粒层可以分散在掺加剂的其他层中。更具体而言，纳米颗粒可以与本发明掺加剂的乳液超塑剂和收缩减少剂联用。

此外，参考图5，步骤S508可以从上述的工艺中省略。特别地，可通过利用纳米表面活性剂浆液或者凝胶作为润湿剂来改变步骤S502、S506和S514。

用于形成本发明掺加剂的每一种独立成分的比例有所不同。但是，每一种成分量的改变会改变最终产品的性质，如重量、强度、耐久性和硬度。因此，比例可以基于欲制备的产品所需要的性质进行改变。如下文讨论的，该与本发明的掺加剂一起使用的成分改变的比例也能应用于水泥基材料的最终混合物中。通过改变成分的比例，建筑材料的最终性质也会改变。因此，材料可以基于建筑材料期望获得的性质而改变。

图6是具有本发明掺加剂其他方式的筒600的截面图。每一层的超塑剂602被放置在筒600的底部。该筒还包括一层收缩控制试剂608、一层硅基氧化物纳米颗粒610和一层乳液材料612。位于每一个层602、608、610、612之间的是由非离子表面活性剂形成的隔离层604。隔离层的位置是重要的，这是由于隔离层防止掺加剂的单独成分在本发明建筑材料的制备中，与水泥材料组合前发生不期望的混合。重要的是包括保持成分独立，并仅在水泥材料的存在下将其组合，从而确保每一独立的成分在制备建筑材料时才均匀混入混合物中。该均匀的组合物使得每一独立成分的性质被应用到最终混合物中。

可选择地，可以移除硅基氧化物纳米颗粒层并与至少乳液材料612的层和非离子表面活性剂604的层组合。

将图5和6中描述的掺加剂通过以上具体参照图3和4描述的方法与水泥材料组合。本发明的掺加剂由于具有硅基氧化物纳米颗粒，因此一旦与上述水泥均匀混合，就能产生具有与之相关的优异强度和硬度的建筑材料。在晶格级别上注入一定金属的硅基氧化物纳米颗粒能与水泥材料结合，从而增强所得混合物的硬度和结构支持。此外，通过夹杂非离子表面活性剂，所得建筑材料的重量明显降低，同时还保持了其强度。

本发明的掺加剂能制备具有预浇铸混凝土的所有特性而没有任何缺陷的轻质材料。使用上述讨论的掺加剂和方法制备的材料与混凝土相比，重量较轻，更牢固且更不易开裂。该方法通过以独特的方式组合原料而创造了新的材料。将诸如混凝土、沙石、偏高岭土、蛭石、纤维等材料与掺加剂组合，将这些通常无法结合的成分结合在一起，从而制备出具有粘合物质的产品，其具有基本均优于常规混凝土的压缩弯曲和抗张强度。使用本发明的掺加剂，通过讨论的方法形成的混合材料能创造新的最终产物。例如，混合材料可以用于制备能以低成本用于覆盖泡沫、金属和/或者木材的轻质薄板，并能提供非常昂贵的切割石、大理石、石灰石、木材等。因此，由于在所得混合物中具有硅基氧化物纳米颗粒，因此通过材料获得的增强的耐擦拭性是一样重要的。通过具有增强的耐擦拭性，材料对于来自其他物体的无意或者故意的接触具有抵抗性，该接触通常会侵蚀建筑材料并对其结构完整性产生坏的影响。

此外，本发明的掺加剂允许欲制备的材料的粘性发生改变，使得可以添加蛭石、纳米颗粒、纳米管和纤维材料的至少一种。该粘度能通过添加粘度控制剂进一步增加，这能改变组合物的粘度，从而实现不同的目的。因此，该掺加剂能有效地用于包括水泥材料以及塑料的多个领域中。

除了上述用于形成改进的建筑材料的目的之外，由预定的纳米颗粒和表面活性剂结合形成的纳米浆液或者凝胶可用于与其它材料联用如涂料、密封剂，其可用于此处创造性的建筑材料以及传统的建筑材料如水泥、木材、塑料等。纳米浆液与上述其它产品的结合可创造出所述产品的新的、改进型式。特别地，纳米颗粒能够悬浮在纳米浆液之中可提高该产品的化学、电学、结构和光学特性。

为了上述成果和相关的目标，本发明可以以附图、注意中阐述的方式实现，然而请注意事实是，附图仅用于阐述，在所附权利要求中，可以在阐述或者描述的特定结构中作出改变。

可以理解地是，还可以发现上述成分的一种、两种或者多种可以用于其他不同于上述类型的其他类型的方法中。

由于本发明确定的新的特征已经在所附权利要求中示出、描述并指出，因此其并不试图受限于上述的详细内容，因为可以理解的是，本领域技术人员在不脱离本发明精神的范围内，可以对上述的装置的形式和细节及操作中进行各种省略、修改、替代和改变。

无需进一步地分析，上述的内容将完全揭示本发明的精神，他人可以根据现有的知识，容易地将其改变以适应各种应用而无需根据现有技术省略特征，从而恰当地形成本发明普通和特定方面的重要特征。

Claims (19)

1.一种组合物，包括纳米颗粒和表面活性剂，其中所述的纳米颗粒和所述的表面活性剂混合使得所述的纳米颗粒均匀悬浮在所述的表面活性剂中。

2.如权利要求1所述的组合物，其中所述的组合物是载体剂，用于将所述的纳米颗粒相关的至少一种特性转移至另外的化学品。

3.如权利要求2所述的组合物，其中另外的化学品包括密封剂、涂料、乳化液、胶乳、氨基甲酸乙酯和冷用焦油沥青中的至少一种。

4.如权利要求2所述的组合物，其中所述的另外的化学品是水基。

5.如权利要求2所述的组合物，其中所述的至少一种特性是电学特性、化学特性、光学特性和结构特性中的至少一种。

6.如权利要求1所述的组合物，其中纳米颗粒的量实质上在1％-50％重量之间。

7.如权利要求1所述的组合物，其中所述的预定的表面活性剂的量实质上在50％-99％重量之间。

8.如权利要求1所述的组合物，其中所述的组合物是凝胶和浆液的至少一种。

9.如权利要求1所述的组合物，其中所述的组合物是非离子表面活性剂、生物可降解和不可燃中的至少一种。

10.如权利要1所述的组合物，还包括水，水的量是实质上使得所述的组合物含有至少80％重量的所述表面活性剂。

11.如权利要求1所述的组合物，还包括能够与所述的纳米颗粒一起悬浮于所述的表面活性剂之中的纤维材料。

12.如权利要求11所述的组合物，其中所述的纤维材料包括微纤维、结构纤维和蛭石中的至少一种。

13.如权利要求11所述的组合物，其中所述的纳米颗粒选择性的吸附于所述的纤维材料。

14.如权利要求1所述的组合物，还包括能够与所述的纳米颗粒一起悬浮于所述的表面活性剂之中的掺加剂。

15.如权利要求1所述的组合物，其中所述的掺加剂包括：

a)超塑剂；

b)自凝固剂

c)收缩减少剂；和

d)多个隔离层，其中当制备掺加剂时，在所述掺加剂的各个相邻成分之间提供一个所述多个隔离层以防止相邻成分混合，由此将成分之间的反应降到最低，并允许各种成分独立的保持各自相关的特性。

16.一种制备组合物的方法，包括：

a)提供一种表面活性剂；

b)向表面活性剂中加入纳米颗粒；

c)混合所述的纳米颗粒和所述的表面活性剂，使得所述的纳米颗粒均匀分散并悬浮在所述的表面活性剂中直到形成浆液或凝胶。

17.如权利要求10所述的方法，其中所述的加入步骤是向静态混合器中加入表面活性剂合纳米颗粒。

18.如权利要求12所述的方法，还包括将浆液或凝胶加入到另外的化学品中以制备由此形成的所需要的最终产品。

19.如权利要求16所述的方法，其中在混合步骤之前，还包括向表面活性剂中加入纤维材料，其中所述的混合步骤还包括将纤维材料、纳米材料和表面活性剂进行混合。

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