CN107902975B - 一种防尘耐沾污纤维增强水泥制品及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种防尘耐沾污纤维增强水泥制品及制备方法，包含碳纳米管掺杂纤维增强水泥装饰面层和纤维增强水泥结构层。通过对碳纳米管进行碱腐蚀和偶联剂亲水性改性，增强其在水泥基材中的分散性能和握裹性能，再掺杂入纤维增强水泥装饰面层，以有效的降低水泥基材料表面开裂的风险，增加装饰性水泥基表面的洁净程度，增强其装饰性能，具有防尘、抗裂性能。

Description

一种防尘耐沾污纤维增强水泥制品及制备方法
技术领域
本发明涉及一种建筑外墙装饰制品，具有抗裂、防尘功能。
背景技术
随着建筑业的转型升级，纤维增强水泥制品的应用市场不断扩大，而用于建筑装饰领域的纤维水泥制品要求较好耐久性的同时，也需要长时间保持表面色彩及洁净程度的装饰性。传统装饰性纤维增强水泥通过表面涂覆一层具有防污性能较好的涂料或光催化自清洁材料实现表面的防污染及自洁性，但是由于涂料老化容易从基材上脱落，而化学键的断裂老化使涂料的特有基团脱落或被分解，致使后期装饰水泥基材料更容易被污染，且更难清洗，而光催化材料在水泥基材料表面的附着力一直没有得到很好的解决。中国专利201410260733.9中提出了在水泥基中加入碳纳米管进行水泥基材增韧；中国专利201710227811.9中也提出了通过碳纳米管进行抗渗防水。然而，在实际应用中，碳纳米管不管是用作水泥基材抗裂、还是抗渗防水都效果不够明显，主要原因是由于碳纳米管在混凝土材料中存在易团聚、分散困难、与水泥基材复合握裹力差的问题。
发明内容
本发明针对上述不足之处，通过对碳纳米管改性，增强其分散性能和握裹性能，有效的降低水泥基材料表面开裂的风险，增加装饰性水泥基表面的洁净程度，增强其装饰性能。
一种防尘耐沾污纤维增强水泥制品，包含碳纳米管掺杂纤维增强水泥装饰面层、纤维增强水泥结构层；所述的碳纳米管掺杂纤维增强水泥装饰面层由72.5-124份纤维增强水泥面层干粉砂浆、10.5-17.5份改性碳纳米管预分散粉体、0.5-3份分散剂和10-30水制备而成；所述的纤维增强水泥结构层由40-60份水泥、30-50份砂、3-5份增强纤维、0.5-3份聚合物、0.5-3份外加剂和10-30水制备而成。
所述的纤维增强水泥面层干粉砂浆由30-50份水泥、30-50份砂、0.5-3份减水剂、0.5-3份憎水剂、1-5份色粉、0.5-3份聚合物制备而成。所述的改性碳纳米管预分散粉体由0.01-0.5份改性碳纳米管、10-15份水泥、0.5-2份分散剂制备而成。
所述的分散剂为六偏磷酸钠、聚乙二醇、聚乙烯醇、壬基酚聚氧乙烯醚、十六烷基苯磺酸钠、辛基苯基聚氧乙烯醚中的一种或多种。
所述的憎水剂为硅氧烷、丙烯酸类聚合物、醋酸乙烯酯聚合物、环氧树脂、聚氨酯中的一种或多种。
所述的聚合物采用可再分散乳胶粉、聚丙乳液、苯丙乳液、硅丙乳液中的一种。
所述的增强纤维采用玻璃纤维、钢纤维、碳纤维、玄武岩纤维、PVA纤维、PU纤维、PP纤维、尼龙纤维中的一种或多种。
所述的外加剂采用减水剂、防冻剂、早强剂、增稠剂、缓凝剂中的一种或多种；所述的减水剂选用萘磺酸盐甲醛缩合物、磺化三聚氰胺甲醛缩合物、聚羧酸减水剂中的一种；所述的防冻剂选用氯化钙、碳酸钾、亚硝酸钠中的一种；所述的早强剂选用硫酸盐、亚硝酸盐、三乙醇胺中的一种；所述的增稠剂选用羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺中的一种；所述的缓凝剂选用木钙、糖蜜、柠檬酸中的一种。
一种防尘耐沾污纤维增强水泥制品的制备方法，包含以下步骤：
（1）将市售碳纳米管置于碱性溶液中浸泡10-48h，进行碱化处理增加碳纳米管的缺陷，然后置于烘箱中烘干。
所述的碱性溶液选用pH值为9-10时，浸泡时间为10-24h；所述的碱性溶液选用pH值为7-9时，浸泡时间为24-48h。
（2）将烘干的碳纳米管分散于质量比3-5wt%偶联剂醇溶液中，60-80℃条件下搅拌，对碳纳米管进行表面亲水改性，增强碳纳米管与水泥基材料之间的结合力。
所述的偶联剂选用铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂和硅烷偶联剂中的一种或多种。
所述的醇溶液选用甲醇、乙醇、丙醇或异丙醇中的一种。
（3）将0.01-0.5份改性碳纳米管、10-15份水泥、0.5-2份分散剂混合15-30分钟，进行预分散，得改性碳纳米管预分散粉体。
（4）将30-50份水泥、30-50份砂、0.5-3份减水剂、0.5-3份憎水剂、1-5份色粉、0.5-3份聚合物混合15-30分钟制备成纤维增强水泥面层干粉砂浆。
（5）将72.5-114份纤维增强水泥面层干粉砂浆、10.5-17.5份改性碳纳米管预分散粉体、0.5-3份分散剂和10-30份水混合15-30分钟制备成碳纳米管掺杂纤维增强水泥装饰面层砂浆，在模具中进行面层喷射或浇注制得碳纳米管掺杂纤维增强水泥装饰面层，自然固化10-60分钟；
（6）将40-60份水泥、30-50份砂、3-5份增强纤维、0.5-3份聚合物、0.5-3份外加剂和10-30份水制备成纤维增强水泥结构层砂浆，采用喷射或振动浇注到制作好的碳纳米管掺杂纤维增强水泥装饰面层模具中，辊压密实，24h后脱模。
（7）养护3-7天，制得防尘耐沾污纤维增强水泥制品。
本发明的有益效果在于：
①碳纳米管用于纤维增强水泥材料表面，由于碳纳米管的长径比大、弹性模量大，拉伸强度大的特点，可以有效的从微观层面延长水泥基材料表面的开裂性。
②碳纳米管与水泥基材料的结合，由于其优良的导电性可以降低纤维增强水泥基材料表面的电阻，增强其抗静电防污的性能。
③碳纳米管通过碱腐蚀，通过控制pH值和腐蚀时间，保证弹性模量的同时，实行轻微破损以利于和水泥基材的接触面积，并通过偶联剂亲水改性，大幅度提升碳纳米管与纤维水泥的握裹力。
④改性后的碳纳米管通过预分散后，再与纤维增强水泥面层干粉砂浆再分散，提升分散性，避免团聚。
具体实施方式
实施例1
（1）将市售碳纳米管置于pH值为9的碱性溶液中浸泡24h，进行碱化处理增加碳纳米管的缺陷，然后置于烘箱中烘干。
（2）将烘干的碳纳米管分散于质量比3wt%铝酸酯偶联剂甲醇溶液中，60℃条件下搅拌，对碳纳米管进行表面亲水改性，增强碳纳米管与水泥基材料之间的结合力。
（3）将0.01份改性碳纳米管、10份水泥、0.5份六偏磷酸钠混合15分钟，进行预分散，得预分散粉体。
（4）将30份水泥、30份砂、0.5份萘磺酸盐甲醛缩合物减水剂、0.5份硅氧烷憎水剂、1份色粉、0.5份可再分散乳胶粉混合15分钟制备成纤维增强水泥面层干粉砂浆。
（5）将72.5份纤维增强水泥面层干粉砂浆、10.5份改性碳纳米管预分散粉体、0.5份六偏磷酸钠和10份水混合15分钟制备成碳纳米管掺杂纤维增强水泥装饰面层砂浆，在模具中进行面层喷射制得碳纳米管掺杂纤维增强水泥装饰面层，自然固化10分钟；
（6）将40份水泥、30份砂、2份玻璃纤维、1份PVA纤维、0.5份可再分散乳胶粉、0.3份萘磺酸盐甲醛缩合物减水剂、0.2份氯化钙防冻剂和10份水制备成纤维增强水泥装饰结构层砂浆，喷射到制作好的碳纳米管掺杂纤维增强水泥装饰面层模具中，辊压密实，24h后脱模。
（7）养护3天，制得防尘耐沾污纤维增强水泥制品。
实施例2
（1）将市售碳纳米管置于pH值为10的碱性溶液中浸泡10h，进行碱化处理增加碳纳米管的缺陷，然后置于烘箱中烘干。
（2）将烘干的碳纳米管分散于质量比5wt%钛酸酯偶联剂乙醇溶液中， 80℃条件下搅拌，对碳纳米管进行表面亲水改性，增强碳纳米管与水泥基材料之间的结合力
（3）将0.5份改性碳纳米管、15份水泥、2份聚乙二醇分散剂混合30分钟，进行预分散，得预分散粉体。
（4）将50份水泥、50份砂、3份磺化三聚氰胺甲醛缩合物减水剂、3份丙烯酸类聚合物憎水剂、5份色粉、3份聚丙乳液混合30分钟制备成纤维增强水泥面层干粉砂浆。
（5）将114份纤维增强水泥面层干粉砂浆、17.5份改性碳纳米管预分散粉体、3份聚乙二醇分散剂和30份水混合30分钟制备成碳纳米管掺杂纤维增强水泥装饰面层砂浆，在模具中进行浇注制得碳纳米管掺杂纤维增强水泥装饰面层，自然固化60分钟；
（6）将60份水泥、50份砂、3份钢纤维、2份PU纤维、3份聚丙乳液、1份碳酸钾防冻剂、1份硫酸盐早强剂、1份糖蜜缓凝剂和30份水制备成纤维增强水泥装饰结构层砂浆，振动浇注到制作好的碳纳米管掺杂纤维增强水泥装饰面层模具中，辊压密实，24h后脱模。
（7）养护7天，制得防尘耐沾污纤维增强水泥制品。
实施例3
（1）将市售碳纳米管置于pH值近于7的弱碱性溶液中浸泡48h，进行碱化处理增加碳纳米管的缺陷，然后置于烘箱中烘干。
（2）将烘干的碳纳米管分散于质量比4wt%硅烷偶联剂丙醇溶液中，70℃条件下搅拌，对碳纳米管进行表面亲水改性，增强碳纳米管与水泥基材料之间的结合力。
（3）将0.1份改性碳纳米管、12份水泥、1份聚乙烯醇分散剂混合20分钟，进行预分散，得预分散粉体。
（4）将40份水泥、40份砂、2份聚羧酸减水剂、2份醋酸乙烯酯聚合物憎水剂、2份色粉、2份苯丙乳液混合20分钟制备成纤维增强水泥面层干粉砂浆。
（5）将88份纤维增强水泥面层干粉砂浆、13.1份改性碳纳米管预分散粉体、1份聚乙烯醇分散剂和20份水混合20分钟制备成碳纳米管掺杂纤维增强水泥装饰面层砂浆，在模具中进行面层喷射制得碳纳米管掺杂纤维增强水泥装饰面层，自然固化30分钟；
（6）将50份水泥、40份砂、2份碳纤维、2份PP纤维、2份苯丙乳液、0.5份羟丙基甲基纤维素增稠剂、0.5份木钙缓凝剂、1份聚羧酸减水剂和20份水制备成纤维增强水泥装饰结构层砂浆，振动浇注到制作好的碳纳米管掺杂纤维增强水泥装饰面层模具中，辊压密实，24h后脱模。
（7）养护5天，制得防尘耐沾污纤维增强水泥制品。
实施例4
（1）将市售碳纳米管置于pH值为8的碱性溶液中浸泡36h，进行碱化处理增加碳纳米管的缺陷，然后置于烘箱中烘干。
（2）将烘干的碳纳米管分散于质量比4wt%铝酸酯偶联剂异丙醇溶液中，75℃条件下搅拌，对碳纳米管进行表面亲水改性，增强碳纳米管与水泥基材料之间的结合力。
（3）将0.2份改性碳纳米管、12份水泥、1份壬基酚聚氧乙烯醚分散剂混合18分钟，进行预分散，得预分散粉体。
（4）将45份水泥、35份砂、1份减水剂、1份环氧树脂憎水剂、3份色粉、1份硅丙乳液混合25分钟制备成纤维增强水泥面层干粉砂浆。
（5）将86份纤维增强水泥面层干粉砂浆、13.2份改性碳纳米管预分散粉体、1份壬基酚聚氧乙烯醚分散剂和15份水混合18分钟制备成碳纳米管掺杂纤维增强水泥装饰面层砂浆，在模具中进行浇注制得碳纳米管掺杂纤维增强水泥装饰面层，自然固化40分钟；
（6）将55份水泥、35份砂、3份玄武岩纤维、1份尼龙纤维、1份硅丙乳液、0.5份亚硝酸盐早强剂、0.5份羟乙基纤维素增稠剂和20份水制备成纤维增强水泥装饰结构层砂浆，喷射到制作好的碳纳米管掺杂纤维增强水泥装饰面层模具中，辊压密实，24h后脱模。
（7）养护6天，制得防尘耐沾污纤维增强水泥制品。
实施例5
（1）将市售碳纳米管置于pH值为9的碱性溶液中浸泡24h，进行碱化处理增加碳纳米管的缺陷，然后置于烘箱中烘干。
（2）将烘干的碳纳米管分散于质量比5wt%钛酸酯+铝酸酯偶联剂甲醇溶液中，60-80℃条件下搅拌，对碳纳米管进行表面亲水改性，增强碳纳米管与水泥基材料之间的结合力。
（3）将0.2份改性碳纳米管、13份水泥、1份十六烷基苯磺酸钠分散剂、1份聚乙二醇分散剂混合15-30分钟，进行预分散，得预分散粉体。
（4）将48份水泥、45份砂、2份磺化三聚氰胺甲醛缩合物减水剂、2份聚氨酯憎水剂、1份硅氧烷憎水剂、4份色粉、2份苯丙乳液混合20分钟制备成纤维增强水泥面层干粉砂浆。
（5）将103份纤维增强水泥面层干粉砂浆、14.2份改性碳纳米管预分散粉体、2份十六烷基苯磺酸钠分散剂和25份水混合25分钟制备成碳纳米管掺杂纤维增强水泥装饰面层砂浆，在模具中进行面层喷射制得碳纳米管掺杂纤维增强水泥装饰面层，自然固化50分钟；
（6）将55份水泥、45份砂、4份玻璃纤维、2份苯丙乳液、1份三乙醇胺早强剂、0.5份亚硝酸钠防冻剂、0.5份聚丙烯酰胺增稠剂和20份水制备成纤维增强水泥装饰结构层砂浆，喷射到制作好的碳纳米管掺杂纤维增强水泥装饰面层模具中，辊压密实，24h后脱模。
（7）养护6天，制得防尘耐沾污纤维增强水泥制品。
实施例6
（1）将市售碳纳米管置于pH值为8的碱性溶液中浸泡40h，进行碱化处理增加碳纳米管的缺陷，然后置于烘箱中烘干。
（2）将烘干的碳纳米管分散于质量比3wt%硅烷偶联剂乙醇溶液中，65℃条件下搅拌，对碳纳米管进行表面亲水改性，增强碳纳米管与水泥基材料之间的结合力。
（3）将0.05份改性碳纳米管、11份水泥、1份辛基苯基聚氧乙烯醚分散剂混合20分钟，进行预分散，得预分散粉体。
（4）将35份水泥、38份砂、1份减水剂、1份硅氧烷憎水剂、3份色粉、2份聚丙乳液混合20分钟制备成纤维增强水泥面层干粉砂浆。
（5）将80份纤维增强水泥面层干粉砂浆、12.05份改性碳纳米管预分散粉体、1份辛基苯基聚氧乙烯醚分散剂和18份水混合20分钟制备成碳纳米管掺杂纤维增强水泥装饰面层砂浆，在模具中进行浇注制得碳纳米管掺杂纤维增强水泥装饰面层，自然固化20分钟；
（6）将40份水泥、30份砂、3份钢纤维、0.8份聚丙乳液、3份柠檬酸缓凝剂和20份水制备成纤维增强水泥装饰结构层砂浆，振动浇注到制作好的碳纳米管掺杂纤维增强水泥装饰面层模具中，辊压密实，24h后脱模。
（7）养护3天，制得防尘耐沾污纤维增强水泥制品。
经检测：本发明防尘耐沾污纤维增强水泥制品拉伸强度达到11MPa，表面耐沾污性<5%，电阻率107-108 Ω。

Claims (7)

1.一种防尘耐沾污纤维增强水泥制品，其特征在于，由碳纳米管掺杂纤维增强水泥装饰面层、纤维增强水泥结构层组成；所述的碳纳米管掺杂纤维增强水泥装饰面层由72.5-124份纤维增强水泥面层干粉砂浆、10.5-17.5份改性碳纳米管预分散粉体、0.5-3份分散剂和10-30水制备而成；所述的纤维增强水泥面层干粉砂浆由30-50份水泥、30-50份砂、0.5-3份减水剂、0.5-3份憎水剂、1-5份色粉、0.5-3份聚合物制备而成；所述的纤维增强水泥结构层由40-60份水泥、30-50份砂、3-5份增强纤维、0.5-3份聚合物、0.5-3份外加剂和10-30水制备而成；
所述的改性碳纳米管预分散粉体由0.01-0.5份改性碳纳米管、10-15份水泥、0.5-2份分散剂制备而成；具体制备步骤如下：
（1）将市售碳纳米管置于碱性溶液中浸泡10-48h，进行碱化处理增加碳纳米管的缺陷，然后置于烘箱中烘干；所述的碱性溶液选用pH值为9-10时，浸泡时间为10-24h；所述的碱性溶液选用pH值为7-9时，浸泡时间为24-48h；
（2）将烘干的碳纳米管分散于质量比3-5wt%偶联剂醇溶液中，60-80℃条件下搅拌，对碳纳米管进行表面亲水改性，增强碳纳米管与水泥基材料之间的结合力；所述的偶联剂选用铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂和硅烷偶联剂中的一种或多种；所述的醇溶液选用甲醇、乙醇、丙醇或异丙醇中的一种；
（3）将0.01-0.5份改性碳纳米管、10-15份水泥、0.5-2份分散剂混合15-30分钟，进行预分散，得改性碳纳米管预分散粉体。
2.根据权利要求1所述的一种防尘耐沾污纤维增强水泥制品，其特征在于，所述的憎水剂为硅氧烷、丙烯酸类聚合物、醋酸乙烯酯聚合物、环氧树脂、聚氨酯中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种防尘耐沾污纤维增强水泥制品，其特征在于，所述的分散剂为六偏磷酸钠、聚乙二醇、聚乙烯醇、壬基酚聚氧乙烯醚、十六烷基苯磺酸钠、辛基苯基聚氧乙烯醚中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种防尘耐沾污纤维增强水泥制品，其特征在于，所述的聚合物采用可再分散乳胶粉、聚丙乳液、苯丙乳液、硅丙乳液中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种防尘耐沾污纤维增强水泥制品，其特征在于，所述的增强纤维采用玻璃纤维、钢纤维、碳纤维、玄武岩纤维、PVA纤维、PU纤维、PP纤维、尼龙纤维中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种防尘耐沾污纤维增强水泥制品，其特征在于，所述的外加剂采用减水剂、防冻剂、早强剂、增稠剂、缓凝剂中的一种或多种；所述的减水剂选用萘磺酸盐甲醛缩合物、磺化三聚氰胺甲醛缩合物、聚羧酸减水剂中的一种；所述的防冻剂选用氯化钙、碳酸钾、亚硝酸钠中的一种；所述的早强剂选用硫酸盐、亚硝酸盐、三乙醇胺中的一种；所述的增稠剂选用羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺中的一种；所述的缓凝剂选用木钙、糖蜜、柠檬酸中的一种。
7.一种防尘耐沾污纤维增强水泥制品的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
（1）将市售碳纳米管置于碱性溶液中浸泡10-48h，进行碱化处理增加碳纳米管的缺陷，然后置于烘箱中烘干；所述的碱性溶液选用pH值为9-10时，浸泡时间为10-24h；所述的碱性溶液选用pH值为7-9时，浸泡时间为24-48h；
（2）将烘干的碳纳米管分散于质量比3-5wt%偶联剂醇溶液中，60-80℃条件下搅拌，对碳纳米管进行表面亲水改性，增强碳纳米管与水泥基材料之间的结合力；所述的偶联剂选用铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂和硅烷偶联剂中的一种或多种；所述的醇溶液选用甲醇、乙醇、丙醇或异丙醇中的一种；
（3）将0.01-0.5份改性碳纳米管、10-15份水泥、0.5-2份分散剂混合15-30分钟，进行预分散，得改性碳纳米管预分散粉体；
（4）将30-50份水泥、30-50份砂、0.5-3份减水剂、0.5-3份憎水剂、1-5份色粉、0.5-3份聚合物混合15-30分钟制备成纤维增强水泥面层干粉砂浆；
（5）将72.5-114份纤维增强水泥面层干粉砂浆、10.5-17.5份改性碳纳米管预分散粉体、0.5-3份分散剂和10-30份水混合15-30分钟制备成碳纳米管掺杂纤维增强水泥装饰面层砂浆，在模具中进行面层喷射或浇注制得碳纳米管掺杂纤维增强水泥装饰面层，自然固化10-60分钟；
（6）将40-60份水泥、30-50份砂、3-5份增强纤维、0.5-3份聚合物、0.5-3份外加剂和10-30份水制备成纤维增强水泥结构层砂浆，采用喷射或振动浇注到制作好的碳纳米管掺杂纤维增强水泥装饰面层模具中，辊压密实，24h后脱模；
（7）养护3-7天，制得防尘耐沾污纤维增强水泥制品。
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