CN106830819B - 水泥基塑型材料及其制备方法 - Google Patents

水泥基塑型材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水泥基塑型材料及其制备方法。所述水泥基塑型材料按重量百分比计，包含：白水泥15％～25％；偏高岭土2％～7％；石英砂50％～70％；重钙8％～15％；胶粉3％～8％；纤维素醚0.1％～0.5％；憎水剂0.1％～0.5％；无机颜料0％～3％；消泡剂0.1％～0.5％；纳米二氧化钛0.2％～0.6％；硅藻土0.2％～0.6％；以及膨润土0.1％～0.5％，其中，所述纳米二氧化钛负载在硅藻土上。本发明的水泥基塑型材料，可塑性强，耐水性、耐候性佳，颜色可调，适用于塑石假山和主题立面等人造景观的制作，可实现人造景观的逼真效果；用于人造景观造型面层，具有更好的自清洁和净化作用；膨润土和纤维素醚结合使用，提高保水性的同时改善砂浆的施工性，使砂浆变得滑爽不粘刀，施工便捷。

Description

水泥基塑型材料及其制备方法
技术领域
本发明属于材料领域，更具体而言，涉及一种水泥基塑型材料及其制备方法。
背景技术
水泥基塑型材料是一种用于人造景观的主题包装材料，适用于塑石假山和主题立面的建造。雕刻家利用这种材料，与雕塑工艺结合，汲取雕塑制作方法，发展出了仿真程度高、耐久性好的塑石假山和主题立面景观。有别于现场用水泥砂子拌制普通水泥砂浆，塑型砂浆引入大量新材料改性并且是由工厂化生产的专用预拌干粉砂浆。工厂化生产可以保证产品质量的可靠性，新材料的改性大大提升了砂浆的施工性、雕塑性和耐久性。
目前，我国大部分的塑石假山和主题立面还是采用人工抹灰的方式进行，人工抹灰的施工方式往往因为灰浆与壁面的结合力不足或不均匀，导致墙面经常出现空鼓或脱落等现象，使得施工品质出现很大的问题。同时，由于人工抹灰的施工方式需要大量的人力投入，造成工程成本的提高，因此在建筑领域中开始有人引入国外的机械喷涂的抹灰技术。用泵送和喷涂的工艺方法成倍提高了砂浆作业的施工效率和质量，改进的拌合物状态更加符合雕刻师塑型与纹理雕刻的要求，砂浆可靠的耐久性不仅仅意味着提高寿命，保证游客安全同样是主题公园建设中重要的考量指标。塑石假山和主题立面对施工人员的技术和艺术水平要求都很高，再加上建设者对景观艺术要求的提高，雕刻师们期望能够得到一个新型的水泥基塑型材料，可以迎合施工人员的技术和艺术要求。机械化施工和高性能的水泥基塑型材料在主题景观工程中的应用将改善传统工艺材料施工效率低和造型简单、质感不足的缺点。
因此，对于塑石假山和主题立面等人造景观的制作，需要一种具有优异的可塑性、抗开裂性、耐水性、耐候性和自清洁自净化的水泥基塑型材料。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种具有优异的可塑性、抗开裂性、耐水性、耐候性和自清洁自净化的水泥基塑型材料，该水泥基塑型材料可以方便地应用泵送和喷涂的工艺而用于塑石假山和主题立面等人造景观的制作。
本发明的另一目的在于提供一种上述水泥基塑型材料的制备方法。
根据本发明的一个方面，本发明提供的水泥基塑型材料，按重量百分比计，包含：
其中，所述纳米二氧化钛负载在硅藻土上。
下面更详细地描述本发明的水泥基塑型材料。
在本发明中，所述白水泥可以为本领域常规使用的白水泥，且优选为52.5级白色硅酸盐水泥。
所述胶粉可以为可再分散丙烯酸胶粉，由选自丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯等中的丙烯酸类化合物单体经乳液聚合而成的二元或三元共聚物，在乳液聚合之后经喷雾干燥得到的丙烯酸胶粉，具体地，例如商品名为LDM7000P的丙烯酸胶粉。该丙烯酸胶粉具有良好的可再分散性，在使用时与拌合水混合后，遇水乳化分散，重新形成稳定的聚合乳液，可再分散乳胶粉在水中分散后，水分蒸发，在干燥后水泥基材料内形成聚合物膜，改善水泥基材料各项性能。所述可再分散丙烯酸胶粉为柔性胶粉，可改善水泥基塑型材料的抗裂性、耐水性和耐候性。
所述重钙为200目或400目重钙。
所述纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚，粘度为10000～40000mPas，具体地，例如商品名为HPMC30000S的羟丙基甲基纤维素醚。
所述憎水剂为有机硅憎水剂，其提供耐水性，抗泛碱，具体地，例如商品名为SILRES Powder D的有机硅粉末憎水剂。
所述无机颜料可以为氧化铁类颜料。
所述消泡剂为高碳醇类消泡剂，具体是液态碳氢化合物和聚乙二醇附着在无机载体上，例如商品名为AGITAN P803消泡剂。
所述纳米二氧化钛为可见光响应纳米二氧化钛，可以是金属离子掺杂、非金属离子掺杂、表面光敏化、耦合半导体及引入氧空位、离子注入等方法对纳米二氧化钛改性得到的改性纳米二氧化钛，特别是表面光敏化改性的纳米二氧化钛。在本发明中，通过表面染料敏化延长二氧化钛的激发波长范围来提高二氧化钛对太阳光的利用率，常用的光敏剂包括卟啉类化合物及其衍生物、酞菁、曙红、叶绿素铜三钠、杂多蓝等。其中卟啉本身对光有很好的响应，可见光更容易激发活化。
所述硅藻土在本发明的水泥基塑型材料中用于负载纳米二氧化钛，其颜色可以做到浅色，不影响塑型砂浆的颜色。硅藻土颗粒的天然孔径较大(几十到几百纳米)，分布规则且贯通，因此负载纳米材料虽然孔道变小但仍可贯通光线，不影响纳米材料光催化效果发挥。此外，硅藻土本身孔隙率高、吸附性能好，原料来源广，生产成本低，使用过程对环境友好。
在本发明中，所述纳米二氧化钛负载在硅藻土上，特别是表面光敏化改性的纳米二氧化钛负载在硅藻土，其按如下方法得到：将硅藻土用水分散成厚浆体，向其中加入纳米二氧化钛，搅拌，直到分散均匀；而后将该分散体脱水干燥，得到硅藻土负载的纳米二氧化钛；将该硅藻土负载的纳米二氧化钛浸渍在光敏剂溶液中，而后，脱除溶剂干燥，形成硅藻土负载表面光敏化改性的纳米二氧化钛。
更具体地，将硅藻土用去离子水分散成厚浆体，然后边加入纳米二氧化钛边搅拌，直到分散均匀，其中，硅藻土与纳米二氧化钛的用量比为1:1；然后将该分散体在60℃环境中脱水干燥，通过0.1mm方孔筛筛选形成硅藻土负载的纳米二氧化钛；将硅藻土负载的纳米二氧化钛浸渍在光敏剂溶液中，在60℃环境中脱除溶剂干燥，通过0.1mm方孔筛筛选形成硅藻土负载表面光敏化改性的纳米二氧化钛。
所述膨润土为钠基膨润土，造浆作用，配合纤维素醚使用，可以在提高保水性的同时改善砂浆的施工性，使砂浆变得滑爽不粘刀，施工便捷。
本发明的水泥基塑型材料进一步包含水，水的含量为包含白水泥、偏高岭土、石英砂、重钙、胶粉、纤维素醚、憎水剂、无机颜料、消泡剂、纳米二氧化钛、硅藻土和膨润土的塑型材料粉料总量的20％～30％，优选为23％～26％。所述塑型材料粉料与水拌合均匀后，即可方便地应用泵送和喷涂的工艺而用于塑石假山和主题立面等人造景观的制作。
根据本发明的另一个方面，本发明提供上述水泥基塑型材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
步骤1：将硅藻土用水分散成厚浆体，向其中加入纳米二氧化钛，搅拌，直到分散均匀；而后将该分散体脱水干燥，得到硅藻土负载的纳米二氧化钛；将该硅藻土负载的纳米二氧化钛浸渍在光敏剂溶液中，而后，脱除溶剂干燥，形成硅藻土负载表面光敏化改性的纳米二氧化钛；
步骤2：将偏高岭土、胶粉、纤维素醚、憎水剂、无机颜料、消泡剂、硅藻土负载的表面光敏化改性的纳米二氧化钛、膨润土按照上述比例称取后投入到分散设备中，分散15～20min，得到预混合的小料；然后按照上述比例，将白水泥、石英砂、重钙、预混合的小料，投入到无重力混合机中，分散3～5min，得到本发明的水泥基塑型材料。
有益效果
本发明的水泥基塑型材料，可塑性强，耐水性、耐候性佳，颜色可调，适用于塑石假山和主题立面等人造景观的制作，可实现人造景观的逼真效果。更具体地，使用特定的丙烯酸胶粉，提高了可塑性、抗开裂性、耐水性和耐候性，适合用于室外景观造型；使用改性的纳米二氧化钛，并将其负载于硅藻土中，减少了纳米材料的团聚，且更有利于光催化净化反应，用于人造景观造型面层，具有更好的自清洁和净化作用；膨润土和纤维素醚结合使用，提高保水性的同时改善砂浆的施工性，使砂浆变得滑爽不粘刀，施工便捷。
具体实施方式
下面，结合具体实施例来对本发明做进一步的说明，下述各实施例仅用于举例说明本发明，而对本发明的保护范围不起限制作用。
实施例1
本实施例的水泥基塑型材料具体组成如下：
原料成分 重量百分比(％)
52.5级白水泥 15
偏高岭土 4
石英砂 63
重钙400目 8
胶粉LDM7000P 8
纤维素醚HPMC30000S 0.2
憎水剂SILRES Powder D 0.1
氧化铁红 0.7
消泡剂AGITAN P803 0.3
硅藻土负载卟啉改性的纳米二氧化钛 0.4
钠基膨润土 0.3
总计 100
配制步骤如下：
步骤1：将硅藻土用去离子水分散成厚浆体，然后边加入纳米二氧化钛边搅拌，直到分散均匀，其中，硅藻土与纳米二氧化钛的用量比为1:1；然后将该分散体在60℃环境中脱水干燥，通过0.1mm方孔筛筛选形成硅藻土负载的纳米二氧化钛；将硅藻土负载的纳米二氧化钛浸渍在浓度为5×10-4mol/L的卟啉的三氯甲烷溶液中，室温搅拌4h，而后在60℃环境中脱除溶剂干燥，通过0.1mm方孔筛筛选形成硅藻土负载的表面光敏化改性纳米二氧化钛；
步骤2：将偏高岭土、胶粉、纤维素醚、憎水剂、无机颜料、消泡剂、硅藻土负载的表面光敏化改性纳米二氧化钛、膨润土按照上述比例称取后投入到分散设备中，分散15～20min，得到预混合的小料；然后按照上述比例，将白水泥、石英砂、重钙、预混合的小料，投入到无重力混合机中，分散3～5min，得到水泥基塑型材料。
实施例2
按照实施例1相同的步骤制备本实施例的水泥基塑型材料，其具体组成如下：
原料成分 重量百分比(％)
52.5级白水泥 20
偏高岭土 5.5
石英砂 56
重钙200目 10
胶粉LDM7000P 5
纤维素醚HPMC30000S 0.3
憎水剂SILRES Powder D 0.2
氧化铁黄 1.5
消泡剂AGITAN P803 0.3
硅藻土负载酞菁改性的纳米二氧化钛 0.8
钠基膨润土 0.4
总计 100
其中，光敏剂溶液为5×10-3mol/L的酞菁水溶液，室温搅拌12h，其它步骤同实施例1。
实施例3
按照实施例1相同的步骤制备本实施例的水泥基塑型材料，其具体组成如下：
原料成分 重量百分比(％)
52.5级白水泥 25
偏高岭土 7
石英砂 50
重钙200目 10
胶粉LDM7000P 3
纤维素醚HPMC30000S 0.3
憎水剂SILRES Powder D 0.2
氧化铁黄 2.5
消泡剂AGITAN P803 0.3
硅藻土负载曙红改性的纳米二氧化钛 1.2
钠基膨润土 0.5
总计 100
其中，光敏剂溶液为5×10-4mol/L的曙红水溶液，室温搅拌8h，其它步骤同实施例1。
根据上述实施例1-3制备的水泥基塑型材料粉料与水拌合，其性能特性参数如下：
(性能测试主要参考JGJT70-2009建筑砂浆基本性能试验方法标准、JC/T1024-2007墙体饰面砂浆、GB/18204.26-2000室内环境空气中甲醛测定方法)
本发明的水泥基塑型材料，耐水性好，96h涂层表面无起鼓、开裂、剥落现象，耐候性佳，耐人工老化性(800h)1级，抗开裂性好，初期干燥抗裂性无裂纹，颜色可调，并且具有优异的可塑性，适用于塑石假山和主题立面等人造景观的制作，可实现人造景观的逼真效果。更具体地，使用特定的丙烯酸胶粉，提高了可塑性、抗开裂性、耐水性和耐候性，适合用于室外景观造型；使用染料敏化改性纳米二氧化钛，实现纳米二氧化钛光催化的可见光响应，并将其负载于硅藻土中，减少了纳米材料的团聚，且更有利于光催化净化反应，用于人造景观造型面层，具有更好的自清洁和净化作用，耐沾污性0级，甲醛去除效果好；膨润土和纤维素醚结合使用，提高保水性的同时改善砂浆的施工性，使砂浆变得滑爽不粘刀，触变性好，有利于展现不同塑型效果，施工便捷。

Claims (10)

1.一种水泥基塑型材料，按重量百分比计，包含：
其中，所述纳米二氧化钛负载在硅藻土上，所述纳米二氧化钛是用选自金属离子掺杂、非金属离子掺杂、表面光敏化、耦合半导体、引入氧空位、离子注入的方法对纳米二氧化钛改性得到的改性纳米二氧化钛；
所述胶粉为可再分散丙烯酸胶粉，由选自丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯中的丙烯酸类化合物单体经乳液聚合而成的二元或三元共聚物，在乳液聚合之后经喷雾干燥得到的丙烯酸胶粉。
2.如权利要求1所述的水泥基塑型材料，其特征是，所述纳米二氧化钛是表面光敏化改性的纳米二氧化钛。
3.如权利要求2所述的水泥基塑型材料，其特征是，所述表面光敏化改性的纳米二氧化钛负载在硅藻土，按如下方法得到：将硅藻土用水分散成厚浆体，向其中加入纳米二氧化钛，搅拌，直到分散均匀；而后将该分散体脱水干燥，得到硅藻土负载的纳米二氧化钛；将该硅藻土负载的纳米二氧化钛浸渍在光敏剂溶液中，而后，脱除溶剂干燥，形成硅藻土负载表面光敏化改性的纳米二氧化钛。
4.如权利要求3所述的水泥基塑型材料，其特征是，所述光敏剂选自卟啉类化合物及其衍生物、酞菁、曙红、叶绿素铜三钠和杂多蓝之中。
5.如权利要求1所述的水泥基塑型材料，其特征是，所述白水泥为52.5级白色硅酸盐水泥；所述重钙为200目或400目重钙；所述憎水剂为有机硅憎水剂；所述无机颜料为氧化铁类颜料；所述消泡剂为高碳醇类消泡剂。
6.如权利要求1所述的水泥基塑型材料，其特征是，所述纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚，粘度为10000～40000mPas；所述膨润土为钠基膨润土。
7.如权利要求1所述的水泥基塑型材料，其特征是，所述水泥基塑型材料进一步包含水，水的含量为包含白水泥、偏高岭土、石英砂、重钙、胶粉、纤维素醚、憎水剂、无机颜料、消泡剂、纳米二氧化钛、硅藻土和膨润土的塑型材料粉料总量的20％～30％。
8.如权利要求7所述的水泥基塑型材料，其特征是，水的含量为包含白水泥、偏高岭土、石英砂、重钙、胶粉、纤维素醚、憎水剂、无机颜料、消泡剂、纳米二氧化钛、硅藻土和膨润土的塑型材料粉料总量的23％～26％。
9.一种权利要求1至8中任一项所述的水泥基塑型材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
步骤1：将硅藻土用水分散成厚浆体，向其中加入纳米二氧化钛，搅拌，直到分散均匀；而后将该分散体脱水干燥，得到硅藻土负载的纳米二氧化钛；将该硅藻土负载的纳米二氧化钛浸渍在光敏剂溶液中，而后，脱除溶剂干燥，形成硅藻土负载表面光敏化改性的纳米二氧化钛；
步骤2：将偏高岭土、胶粉、纤维素醚、憎水剂、无机颜料、消泡剂、硅藻土负载的表面光敏化改性的纳米二氧化钛、膨润土按其比例称取后投入到分散设备中，分散15～20min，得到预混合的小料；然后按其比例，将白水泥、石英砂、重钙、预混合的小料，投入到无重力混合机中，分散3～5min，得到所述水泥基塑型材料。
10.如权利要求9所述的制备方法，其特征是，在步骤1中，将硅藻土用去离子水分散成厚浆体，然后边加入纳米二氧化钛边搅拌，直到分散均匀，其中，硅藻土与纳米二氧化钛的用量比为1:1；然后将该分散体在60℃环境中脱水干燥，通过0.1mm方孔筛筛选形成硅藻土负载的纳米二氧化钛；将硅藻土负载的纳米二氧化钛浸渍在光敏剂溶液中，在60℃环境中脱除溶剂干燥，通过0.1mm方孔筛筛选形成硅藻土负载表面光敏化改性的纳米二氧化钛。
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