CN106186758A - 一种地质聚合物干粉材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于新材料技术领域，具体涉及一种地质聚合物干粉材料的制备工艺与应用。一种地质聚合物干粉材料的制备工艺，包括以下步骤：（1）将固体原料在温度为0~4℃的环境下放置6小时~10小时，液体原料在温度为0~4℃的环境下放置0.3小时~2小时；（2）将固体原料、硅酸盐水溶液和水混合，并搅拌均匀得地质聚合物干粉浆料；（3）将地质聚合物干粉浆料进行冷冻；（4）将冷冻后的地质聚合物干粉浆料进行冷冻干燥，干燥后粉碎、过筛，得到地质聚合物干粉材料。本发明的地质聚合物干粉材料采用偏高岭土、矿渣、粉煤灰和水溶性硅酸盐作为主要原料，分布广泛且价格低廉，成品应用范围广泛且制作简便，只需加入适量水即可。

Description

一种地质聚合物干粉材料的制备方法
技术领域
本发明属于新材料技术领域，具体涉及一种地质聚合物干粉材料的制备工艺与应用。
背景技术
地质聚合物材料的概念，在20世纪70年代末期最早由法国科学家J.Davidovits教授正式提出，地质聚合物材料具有比高分子材料更高的硬度、热稳定性和抗氧化能力，但韧性不及有机聚合物。与陶瓷材料相比，地聚合物材料的结构是以环状链构成的连续三维网络构架，有“类晶态”和玻璃态两种结构，不存在完全的晶体和晶界，材料的各项性能来自于[—Si—O—Al—O—]n骨架，地聚合物材料的性能与陶瓷类似但不需要烧结成型。与水泥材料相比，地聚合物材料的聚合程度较高，反应后具有氧化物三维网络结构，在高温下亦能保持网络结构完整，因而地聚合物材料具有比水泥更高的强度、硬度、韧性、耐水性、高温稳定性和抗冻性。可见，地质聚合物材料具有高强度、抗腐蚀性好、抗冻性好以及常温下反应固化的特点，在工程修补材料和现场浇筑的民用和工业建筑领域应用前景广阔。鉴于其价格实惠、绿色无污染等特点，在市场上也逐渐为越来越多的消费者所关注。
现在使用的地质聚合物材料，通常为双组份材料。这是因为地质聚合物前驱体材料与碱激发剂混合后反应很快，无法长时间储存。因此，市面上所售的大多数地质聚合物干粉材料普遍采用双组份分开包装，使用时再按比例混合，增加了使用的复杂程度，也不便于运输，还容易受到外部气候条件的影响。
发明内容
针对地质聚合物材料反应快，不易储存的不足，基于前期研究发现，地质聚合物浆料可在低温下（<10摄氏度）停止缩聚反应，因此，本发明提供了一种地质聚合物干粉材料的制备工艺与应用，通过真空冷冻干燥的方法来制备地质聚合物干粉材料，并将该地质聚合物干粉材料应用于涂料生产中，可获得速溶、无对人体有害添加剂的绿色环保型单组份干粉材料。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种地质聚合物干粉材料的制备工艺，包括以下步骤：
（1）将固体原料在温度为0~4℃的环境下放置6小时~10小时，液体原料在温度为0~4℃的环境下放置0.3小时~2小时；所述固体原料为地质聚合物前驱体材料，所述液体原料为水和模数为1.4~2.2的硅酸盐水溶液；
（2）将步骤（1）中的固体原料、硅酸盐水溶液和水按质量比1:0.6~1.1:0.5~2进行称重，称重后混合，并搅拌均匀得地质聚合物浆料；
（3）将步骤（2）所得的地质聚合物浆料，放入-20℃~ -80℃的环境中冷冻10~15小时，获得地质聚合物固体；
（4）将冷冻后的地质聚合物固体放入真空冷冻干燥装置中进行冷冻干燥，温度为-50℃~-10℃、真空度为0.01Pa~200Pa，直至地质聚合物固体干燥后，经过粉碎、过筛，即得到地质聚合物干粉材料。
优选的，所述步骤（1）中，固体原料和液体原料在温度为0℃的环境下放置8小时。
优选的，所述步骤（2）中，搅拌的具体过程包括：将混合后的固体原料、硅酸盐水溶液和水放入搅拌装置中，搅拌的转速为800转~1500转/min，更优选的，所述搅拌装置的搅拌时间为3分钟~5分钟。
优选的，所述步骤（3）中，冷冻的时间为12小时。
优选的，所述地质聚合物干粉的的粒度为60~200目。
优选的，所述地质聚合物为偏高岭土、矿渣、粉煤灰中的一种或者两种及以上。
本发明还提供了上述地质聚合物干粉材料的制备工艺制得的地质聚合物干粉材料。
本发明还进一步提供了地质聚合物干粉材料的使用说明，在使用时，地质聚合物干粉材料与水按质量比1：1~2进行配比。
综上所述，本发明由于采用了上述方案，本发明具有以下优点：
（1）本发明的地质聚合物干粉材料采用偏高岭土、矿渣、粉煤灰和水溶性硅酸盐作为主要原料，分布广泛且价格低廉，使用简便。
（2）本发明对固体原料和液体原料进行冷却预处理，便于在混匀后快速冷冻，加快地质聚合物干粉浆料的冷冻速度，提高地质聚合物干粉的强度和韧性。
（3）本发明通过冷冻干燥法来制备地质聚合物干粉，很好地保持了地质聚合物网络结构的完整性，大大提高了地质聚合物干粉的韧性、耐水性、抗腐蚀性和低温稳定性。
（4）本发明的地质聚合物干粉材料的制备方法简单，无须高温烧结，生产成本低廉，生产过程绿色环保。
（5）使用本发明的地质聚合物干粉材料制作水泥、涂料等产品时，地质聚合物干粉材料能快速与水混合均匀，且无对人体有害的添加剂，对人体的健康不会造成不良影响。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明作进一步说明，但不能理解是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
（1）将固体原料在温度为0℃的环境下放置8小时，液体原料在温度为0℃的环境下放置0.5小时；固体原料为偏高岭土，液体原料为水和模数为1.4的硅酸盐水溶液；
（2）将步骤（1）得到的偏高岭土、硅酸盐水溶液和水按质量比1:0.7:0.5进行称重，称重后混合，立即用搅拌机以800~1500转/min的转速搅拌3~5分钟，保证浆料分散均匀，没有大颗粒存在，得地质聚合物浆料；
（3）将分散好的地质聚合物浆料迅速倒入金属托盘中，放入-80℃的冰箱中冷冻12小时，获得地质聚合物固体；
（4）将冷冻好盛有地质聚合物固体的金属托盘放到真空冷冻干燥机中，真空冷冻干燥机的温度条件是-10℃，真空度条件是0.01Pa，直至地质聚合物浆料干燥后，得到干燥的地质聚合物粗粉材料；把装有地质聚合物粗粉材料的金属托盘取出；将得到的地质聚合物粗粉材料进一步粉碎过筛，即得到最终产品地质聚合物干粉材料。
地质聚合物干粉材料在使用时，将地质聚合物干粉材料与水按质量比1:1进行混合，混匀即可。
实施例2
（1）将固体原料在温度为0℃的环境下放置8小时，液体原料在温度为0℃的环境下放置0.5小时；固体原料为偏高岭土，液体原料为水和模数为2的硅酸盐水溶液；
（2）将步骤（1）得到的偏高岭土、硅酸盐水溶液和水按质量比1:0.6:1.1进行称重，称重后混合，立即用搅拌机以800~1500转/min的转速搅拌3~5分钟，保证浆料分散均匀，没有大颗粒存在，得地质聚合物浆料；
（3）将分散好的地质聚合物浆料迅速倒入金属托盘中，放入-80℃的冰箱中冷冻12小时，获得地质聚合物固体；
（4）将冷冻好盛有地质聚合物固体的金属托盘放到真空冷冻干燥机中，真空冷冻干燥机的温度条件是-50℃，真空度条件是10Pa，直至地质聚合物干粉浆料干燥后，得到干燥的地质聚合物粗粉材料；把装有地质聚合物粗粉材料的金属托盘取出；将得到的地质聚合物粗粉材料进一步粉碎过筛，即得到最终产品地质聚合物干粉材料。
地质聚合物干粉材料在使用时，将地质聚合物干粉材料与水按质量比1:2进行混合，混匀即可。
实施例3
（1）将固体原料在温度为0℃的环境下放置8小时，液体原料在温度为0℃的环境下放置0.5小时；固体原料为偏高岭土、矿渣和粉煤灰的混合物，液体原料为水和模数为2.2的硅酸盐水溶液；
（2）将步骤（1）得到的偏高岭土、硅酸盐水溶液和水按质量比1:1.1:2进行称重，称重后混合，立即用搅拌机以800~1500转/min的转速搅拌3~5分钟，保证浆料分散均匀，没有大颗粒存在，得地质聚合物浆料；
（3）将分散好的地质聚合物浆料迅速倒入金属托盘中，放入-20℃的冰箱中冷冻12小时，获得地质聚合物固体；
（4）将冷冻好盛有地质聚合物固体的金属托盘放到真空冷冻干燥机中，真空冷冻干燥机的温度条件是-50℃，真空度条件是200Pa，直至地质聚合物干粉浆料干燥后，得到干燥的地质聚合物粗粉材料；把装有地质聚合物粗粉材料的金属托盘取出；将得到的地质聚合物粗粉材料进一步粉碎过筛，即得到最终产品地质聚合物干粉材料，粒度为60目。
地质聚合物干粉材料在使用时，将地质聚合物干粉材料与水按质量比1:1.5进行混合，混匀即可。
以上所述仅为发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种地质聚合物干粉材料的制备工艺，其特征在于包括以下步骤：
（1）将固体原料在温度为0~4℃的环境下放置6小时~10小时，液体原料在温度为0~4℃的环境下放置0.3小时~2小时；所述固体原料为地质聚合物前驱体材料，所述液体原料为水和模数为1.4~2.2的硅酸盐水溶液；
（2）将步骤（1）中的固体原料、硅酸盐水溶液和水按质量比1:0.6~1.1:0.5~2进行称重，称重后混合，并搅拌均匀得地质聚合物浆料；
（3）将步骤（2）所得的地质聚合物浆料，放入-20℃~ -80℃的环境中冷冻10~15小时，获得地质聚合物固体；
（4）将冷冻后的地质聚合物固体放入真空冷冻干燥装置中进行冷冻干燥，温度为-50℃~-10℃、真空度为0.01Pa~200Pa，直至地质聚合物固体干燥后，经过粉碎、过筛，即得到地质聚合物干粉材料。
2.根据权利要求1的地质聚合物干粉材料的制备工艺，其特征在于：
所述步骤（1）中，固体原料和液体原料在温度为0℃的环境下放置8小时。
3.根据权利要求1的地质聚合物干粉材料的制备工艺，其特征在于：所述步骤（2）中，搅拌的具体过程包括：将混合后的固体原料、硅酸盐水溶液和水放入搅拌装置中，搅拌的转速为800转~1500转/min。
4.根据权利要求3的地质聚合物干粉材料的制备工艺，其特征在于：所述搅拌装置的搅拌时间为3分钟~5分钟。
5.根据权利要求1的地质聚合物干粉材料的制备工艺，其特征在于：
所述步骤（3）中，冷冻的时间为12小时。
6.根据权利要求1的地质聚合物干粉材料的制备工艺，其特征在于：所述地质聚合物干粉材料的粒度为60~200目。
7.根据权利要求1的地质聚合物干粉材料的制备工艺，其特征在于：所述地质聚合物前驱体材料为偏高岭土、矿渣、粉煤灰中的一种或者两种及以上。
8.如权利要求1~7任一项所述的地质聚合物干粉材料的制备工艺制得的地质聚合物干粉材料。
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