CN107698181B - 一种地质聚合物及其制备方法和蓄水模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地质聚合物及其制备方法和蓄水模块。所述地质聚合物的制备步骤包括：S1：将碱性激发剂混合均匀后密封陈化；S2：将S1得到的碱性激发剂与粉煤灰搅拌反应；S3：将S2制备的混合物加上脂肪酸，搅拌反应得到地质聚合物基浆料；S4：将S3制备的地质聚合物基浆料与发泡剂搅拌混合得到发泡地质聚合物基浆料；S5：将S4的发泡地质聚合物浆料注入模具，恒温养护得到地质聚合物。所述碱性激发剂和羧酸复合激发剂与矿物废弃物粉煤灰制备得到的地质聚合物经过复合激发剂的充分活化，聚合度和凝胶强度明显增加，基体结构得到了保护，制备过程操作简单且环保经济，得到的地质聚合物具有很好的抗压强度，可广泛应用于海绵城市建设领域。
Description
技术领域
本发明涉及地质聚合物材料领域，具体地，涉及一种地质聚合物及其制备方法和蓄水模块。
背景技术
城市的防洪排泄一直是海绵城市建设的一个重要方面，为了加快雨水的下渗，以及增加地面的蓄水功能，一般的技术是在地下建水池，但施工工期长，投资大，对土壤本身也有所破坏，新的技术是只做一些分子筛蓄水模块，将现有空地开挖一定深度，将一定尺寸的蓄水模块拼接在一起，铺设在城市的停车场、人行道上，可在大雨暴雨时，让雨水快速渗透至蓄水模块中，减缓排水管的排水压力，但一般的分子筛的制备耗费材料成本高，工艺复杂，生产时对环境的污染大。
分子筛蓄水模块对制备材料的孔隙率和抗压强度都有一定的要求，地质聚合物是一种可以用于制备蓄水模块的环境友好材料，但地质聚合物的结构和性能受多种因素的影响，在内因上主要影响因素包括固体原料的化学成分、物理性能、物相组成和反应活性和激发剂的种类。粉煤灰就是一种制备地质聚合物的很好的固体原料，制备过程中为了使粉煤灰和矿渣一类的原料呈现凝胶性能，必须加以激发。因此选择合适的地质聚合物激发剂和地质聚合物制备方法来提升其抗压强度等机械性能对地质聚合物的应用开发具有重要的意义。
发明内容
本本发明的目的旨在克服上述现有技术的不足，提供一种地质聚合物的制备方法，该方法可以很好的对地质聚合物原料进行活化，提升地质聚合物产品的抗压性能。
本发明的另一目的在于提供一种地质聚合物。
本发明的另一目的在于提供一种地质聚合物基蓄水模块。
本发明的上述目的通过如下技术方案予以实现：
一种地质聚合物的制备方法，包括如下步骤：
S1：将碱性激发剂水玻璃和氢氧化钠混合均匀后密封陈化12~36h，所述
水玻璃和氢氧化钠质量比为0.5~3:1；
S2：将S1得到的碱性激发剂与粉煤灰以质量比0.5~0.6:1搅拌混合反应5~10分钟；
S3：将S2制备的混合物加上脂肪酸，搅拌混合反应5~6分钟，得到地质聚合物基浆料，脂肪酸与S2制备的混合物的质量比为0.1~0.3:1；
S4：将S3制备的地质聚合物基浆料与发泡剂搅拌混合得到发泡地质聚合物基浆料，发泡剂与S3制备的地质聚合物基浆料的质量比为1:500~1000，搅拌速度为1200rpm~1400rpm，搅拌时间为3~5分钟；
S5：将S4的发泡地质聚合物浆料注入模具，在50~100℃下恒温养护1~24h得到地质聚合物。
优选地，S2的搅拌速度为600~800rpm。
优选地，S3的搅拌速度为1000~1200rpm。
对于碱性激发剂，碱性较弱则不能很好的激发出原料的活性，通常都需要过量的碱性成分，粉煤灰在碱性介质中受氢氧根离子的作用，Al-O，Si-O，Al-O-Si等键容易被打断，使其活化后的聚合物聚合度降低，表面游离的键成活性，易与其他碱性物质反应生成铝酸盐和硅酸盐。盐酸、硫酸和醋酸等无机酸激发剂处理产生的水化产物通常在酸性介质中不稳定。碱性激发剂配合酸性激发剂，可进一步对地质聚合物进行活化，增加聚合度和凝胶强度。但不宜投加无机酸，因无机酸电离强度大，瞬时反应速度快，会破坏机体结构，脂肪酸类有机酸性激发剂则相对温和，可保证活化进行的完成度，有利于稳定的水化物网络结构的形成，表现为产品抗压强度的提升。本发明利用工业废弃物粉煤灰作原料，废物利用，而且制作过程简单。
其中，S1中水玻璃和氢氧化钠质量比优选为1.5~2.5:1。
S3中脂肪酸与S2制备的混合物的质量比优选为0.23:1。
S5中恒温养护温度优选为80℃，恒温养护时间优选为5~6h。
优选地，所述脂肪酸为单不饱和脂肪酸，优选为C16~C18的单不饱和脂肪酸，包括硬脂酸、软脂酸和油酸。相对于碳链较短的有机羧酸，C16~C18的长链单不饱和脂肪酸具有更好的活化效果。
更优选地，所述脂肪酸为油酸。
优选地，所述发泡剂为铝粉或双氧水。
一种由上述的地质聚合物的制备方法制备的地质聚合物。
一种由上述地质聚合物制备的蓄水模块。
一种蓄水模块的制备方法，包括如下步骤：将上述方法制备的地质聚合物放入反应釜中，加入2mol/L的氢氧化钠溶液，在80-100℃下反应18-24h，洗涤至中性，得到蓄水模块。
蓄水模块要求95%的镂空空间以实现更有效率的蓄水，对制作蓄水模块的材料要求超强的承压能力。本发明制备的地质聚合物利用酸碱复合激发剂进一步促进基材的充分活化，形成稳定的水化物网络结构，完全能够达到蓄水模块的抗压强度要求，可广泛应用于海绵城市建设。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供了一种地质聚合物及其制备方法，所述地质聚合物通过碱性激发剂和羧酸复合地质聚合物激发剂和矿物废弃物粉煤灰制备得到，制备过程通过复合激发剂对地质聚合物进行充分活化，增加了聚合度和凝胶强度，且很好的保护了基体结构，操作简单且环保经济，制备的地质聚合物具有很好的抗压强度，可广泛应用于海绵城市建设领域。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非另有说明，本发明实施例采用的原料试剂为常规购买的原料试剂。
实施例
S1：将碱性激发剂水玻璃和氢氧化钠混合均匀后密封陈化；
S2：将S1得到的碱性激发剂与粉煤灰搅拌混合，搅拌速度为600~800rpm，时间约为5~10分钟；
S3：将S2制备的混合物加上脂肪酸，搅拌混合，搅拌速度为1000~1200rpm，时间约为5~6分钟，得到地质聚合物基浆料；
S4：将S3制备的地质聚合物基浆料与发泡剂搅拌混合得到发泡地质聚合物基浆料，发泡剂与S3制备的地质聚合物基浆料的质量比为1:500~1000，搅拌速度为1200rpm~1400rpm，搅拌时间为3~5分钟；
S5：将S2的发泡地质聚合物浆料注入模具，恒温养护得到地质聚合物。
将上述方法制备的地质聚合物通过水热反应制备得到蓄水模块，地质聚合物基蓄水模块的制备方法为：将上述制备的地质聚合物基块体放入反应釜中，在反应釜中加入2mol/L氢氧化钠溶液，水热反应温度为80-100℃，反应时间为18~24，待反应结束后得到有一定强度的多孔快体，洗涤至中性，干燥快体，得到地质聚合物基蓄水模块。并对蓄水模块进行抗压强度测定。抗压强度测定在压力机上测定，参考GB/T 4111-2013。
各实施例中具体的参数如表1所示：
表1
对比例1
与上述实施例1基本相同，区别在于无步骤S3所述的酸激发剂活化步骤。
对比例2
与上述实施例1基本相同，区别在于将S13步骤的脂肪酸激发剂设为无机酸。
对比例3
与上述实施例1基本相同，区别在于S1中碱性激发剂水玻璃和氢氧化钠混合均匀后不经过密封陈化处理。
对比例4
与上述实施例1基本相同，区别在于脂肪酸与粉煤灰质量比为0.4:1。
对比例5
与上述实施例1基本相同，区别在于脂肪酸与粉煤灰质量比为0.05:1。
对比例6
与上述实施例1基本相同，区别在于S3中所用酸为酒石酸。
对比例7
与上述实施例1基本相同，区别在于S3中所用酸为抗坏血酸。
对各实施例及对比例制备得到的地质聚合物进行抗压强度测定，结果如表2所示：
表2
从上述实施例和对比例数据可以看出激发剂的选择对地质聚合物的抗压强度具有重要影响，在本发明的碱性激发剂和脂肪酸激发剂的复合激发剂做作用下制备得到的地质聚合物的抗压强度得到了很好的提升。从实施例与市售蓄水模块的数据对比可以看出，本发明制备的地质聚合物基蓄水模块的抗压强度明显优于市售蓄水模块，完全满足蓄水模块对地质聚合物材料的抗压强度要求。
Claims (10)
1.一种地质聚合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将碱性激发剂水玻璃和氢氧化钠混合均匀后密封陈化12~36h，所述
水玻璃和氢氧化钠质量比为0.5~3:1；
S2：将S1得到的碱性激发剂与粉煤灰以质量比0.5~0.6:1搅拌混合反应5~10分钟；
S3：将S2制备的混合物加上脂肪酸，搅拌混合反应5~6分钟得到地质聚合物基浆料，脂肪酸与S2制备的混合物的质量比为0.1~0.3:1；
S4：将S3制备的地质聚合物基浆料与发泡剂搅拌混合得到发泡地质聚合物基浆料，发泡剂与S3制备的地质聚合物基浆料的质量比为1:500~1000，搅拌速度为1200rpm~1400rpm，搅拌时间为3~5分钟；
S5：将S4的发泡地质聚合物浆料注入模具，在50~100℃下恒温养护1~24h得到地质聚合物。
2.如权利要求1所述的地质聚合物的制备方法，其特征在于，S1中水玻璃和氢氧化钠质量比为1.5~2.5:1。
3.如权利要求1所述的地质聚合物的制备方法，其特征在于，S3中脂肪酸与S2制备的混合物的质量比为0.23:1。
4.如权利要求1所述的地质聚合物的制备方法，其特征在于，S5中恒温养护温度为80℃。
5.如权利要求1所述的地质聚合物的制备方法，其特征在于，S5中恒温养护时间为5~6h。
6.如权利要求1所述的地质聚合物的制备方法，其特征在于，所述脂肪酸为单不饱和脂肪酸。
7.如权利要求1所述的地质聚合物的制备方法，其特征在于，所述脂肪酸为油酸。
8.一种由权利要求1-7任一项所述的地质聚合物的制备方法制备的地质聚合物。
9.一种由权利要求8所述的地质聚合物制备的蓄水模块。
10.一种蓄水模块的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将权利要求1~7任一项所述地质聚合物的制备方法制备的地质聚合物放入反应釜中，加入2mol/L的氢氧化钠溶液，在80-100℃下反应18-24h，洗涤至中性，得到地质聚合物基蓄水模块。
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