CN108409179A - 一种含锰渣的气凝胶材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含锰渣的气凝胶材料及其制备方法，涉及材料制备技术领域。按重量份数计，含锰渣的气凝胶材料的原料包括电解锰渣50‑80份、二氧化硅气凝胶30‑50份、玻璃化微珠20‑40份、石灰粉20‑30份、减水剂4‑10份以及水120‑150份；电解锰渣的粒径为10‑20微米。该含锰渣的气凝胶材料的制备方法，以上述组分为原料，方法简便易行，适于工业化应用，得到的产品能够作为混凝土的功能性添加剂使用，具有十分优异的市场应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及材料制备技术领域，且特别涉及一种含锰渣的气凝胶材料及其制备方法。
背景技术
近年来，我国电解锰工业的发展迅速，电解锰渣的治理以及综合回收利用问题日益突出。目前由于经济、技术等原因，许多电解锰企业并未对电解锰渣做任何处理就将其直接堆放于渣场，长期堆积的锰渣会对周围环境造成严重污染。
因此，对锂渣的性能进行研究后充分利用其优势，达到变废为宝的目的具有很好的经济价值和环保价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含锰渣的气凝胶材料，旨在充分利用锂渣，同时制备具有市场应用价值的气凝胶材料。
本发明的另一目的在于提供一种含锰渣的气凝胶材料的制备方法，其方法简便易行，制备得到的气凝胶材料能够应用于混凝土中，显著提升其保温性能。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出了一种含锰渣的气凝胶材料，按重量份数计，含锰渣的气凝胶材料的原料包括电解锰渣50-80份、二氧化硅气凝胶30-50份、玻璃化微珠20-40份、石灰粉20-30份、减水剂4-10份以及水120-150份；
电解锰渣的粒径为10-20微米。
本发明还提供了一种含锰渣的气凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：
将上述电解锰渣、二氧化硅气凝胶、玻璃化微珠、石灰粉、减水剂以及水搅拌混合。
本发明实施例提供一种含锰渣的气凝胶材料的有益效果是：发明人发现电解锰渣、二氧化硅气凝胶和玻璃化微珠进行复配后能够显著提升保温隔热的性能，将此为功能性原料制备为便于添加于混凝土中的气凝胶材料具有很高的市场应用价值，且达到了废物的回收利用的目的。本发明还提供了一种含锰渣的气凝胶材料的制备方法，方法简便易行，适于工业化应用，得到的产品能够作为混凝土的功能性添加剂使用，具有十分优异的市场应用前景。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例提供的含锰渣的气凝胶材料及含锰渣的气凝胶材料的制备方法进行具体说明。
本发明实施例提供的一种含锰渣的气凝胶材料，按重量份数计，含锰渣的气凝胶材料的原料包括电解锰渣50-80份、二氧化硅气凝胶30-50份、玻璃化微珠20-40份、石灰粉20-30份、减水剂4-10份以及水120-150份；电解锰渣的粒径为10-20微米。
优选地，含锰渣的气凝胶材料的原料包括电解锰渣55-70份、二氧化硅气凝胶35-45份、玻璃化微珠25-35份、石灰粉25-30份、减水剂6-10份以及水130-150份。
更优选地，电解锰渣为60-70份、二氧化硅气凝胶为40-45份、玻璃化微珠为30-35份、石灰粉为25-30份、减水剂为6-10份以及水为130-140份。
需要说明的是，锰渣具有较高的内部孔隙度，同时也具有较佳的化学稳定性，基于此发明人发现将其作为保温材料进行改进将可能产生意想不到的效果，经过长时间的实践发明人发现，将电解锂渣、二氧化硅和玻璃化微珠进行复配后能够显著提升保温隔热的性能，将此为功能性原料制备为便于添加于混凝土中的气凝胶材料具有很高的市场应用价值，且达到了废物的回收利用的目的。
在此含锰渣的气凝胶材料的配方中，各组分的比例需要进行严格的控制，尤其是电解锂渣、二氧化硅和玻璃化微珠三者的比例尤为关键。发明人发现，二氧化硅和玻璃化微珠的加入相比于其他常见功能性保温材料对电解锂渣的保温性能增加效果最为明显，而且二氧化硅和玻璃化微珠二者少去一种组分保温效果均会产生明显的下降。在整个组分的用量中，二氧化硅和玻璃化微珠用量过多会一定程度上降低气凝胶材料的力学性能。
具体地，电解锰渣的粒径为10-20微米，此条件也为得到气凝胶材料保温性能的关键条件，如果粒径过大一方面影响气凝胶材料作为混凝土的功能添加剂使用，更为重要的是保温性能也受到影响。
具体地，石灰粉的加入只要是增加气凝胶材料的力学性能和耐水性能，对于提升其综合性能具有重要作用，尤其使得到的气凝胶材料更加适合应用于混凝土中。
具体地，本发明配方中减水剂的加入不仅在于能减少拌和时的用水量，发明人发现减水剂还能一定程度上使得到的产品均匀性和分散性更好。
具体地，玻璃化微珠的粒径为10-50微米，优选为20-30微米。在气凝胶材料中整体的粒径都较小，玻璃化微珠作为改进锰渣的关键原料，其粒径也最好控制在较小的范围内。
在本发明的一些实施例中，含锰渣的气凝胶材料的原料还包括多晶莫来石纤维1-3份，优选为1.2-1.8份。多晶莫来石纤维比表面积较大，有效增强与水泥等的接触面积，增加了其在混凝土的基质中的粘接性，使得含锰渣保温混凝土更为致密，增强其强度。
在本发明的一些实施例中，多晶莫来石纤维包括长度为15-20毫米的第一多晶莫来石纤维以及长度为10-15毫米的第二多晶莫来石纤维；第一多晶莫来石纤维和第二多晶莫来石纤维的质量比为0.5-2:1。第一多晶莫来石纤维可有效使含锰渣的气凝胶材料产生裂纹时，可阻止裂纹的扩展，使得裂纹不得大范围的绕过第一多晶莫来石纤维，总体上使得含锰渣的气凝胶材料的抗折以及抗压强度，但是由于第一多晶莫来石纤维的长度较长，在水泥等基质中不便于分散，易团聚，因此添加长度为10-15毫米的第二多晶莫来石纤维，其分散性较佳，在上述比例范围内，二者互补，同时有效抵消混凝土收缩产生的应力，有效提高抗压、抗折强度。
优选地，含锰渣的气凝胶材料的原料还包括助剂0.5-3份；助剂包括消泡剂、流平剂和催干剂。可以选择性地加入消泡剂、流平剂和催干剂，改进气凝胶材料的综合性能。
具体地，消泡剂用于降低在腻子粉的加工过程中的表面张力，抑制泡沫产生，可以为乳化硅油、聚二甲基硅氧烷或聚氧丙烯甘油醚等。流平剂可以为硅油，催干剂主要作用是加速氧化、聚合、干燥，达到快干的目的，如二月桂酸二丁基锡。
本发明实施例还提供了一种含锰渣的气凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：将电解锰渣、二氧化硅气凝胶、玻璃化微珠、石灰粉、减水剂以及水搅拌混合。本发明还提供的制备方法，方法简便易行，适于工业化应用，得到的产品能够作为混凝土的功能性添加剂使用，具有十分优异的市场应用前景。
在一些实施例中，制备方法包括以下步骤：将电解锰渣、二氧化硅气凝胶和玻璃化微珠在40-60℃的温度条件下进行一次搅拌混合后得到功能性颗粒；将功能性颗粒与石灰粉、减水剂和水进行二次搅拌混合。在一次搅拌过程中，优选地，搅拌温度为45-55℃。
具体地，通过两次的搅拌混合得到均一且保温效果十分优异的气凝胶材料，其中第一次搅拌混合过程中需要在较高温度的条件下进行，发明人发现较高温度下混合效果不仅更加均匀，而且保温效果能够显著提升，这可能是由于在三种物料的混合过程中需要较高的温度介质，以使得玻璃化微珠和二氧化硅气凝胶分散于电解锂渣的结构中，充分发挥其比表面积大的特点，制备功能性保温材料。
优选地，一次搅拌混合的时间为5-8h，二次搅拌混合的时间为1-4h。一次搅拌的时间较长，以达到更好地混合效果，低于5h会一定程度上影响气凝胶材料的保温效果，这应该和上述一次搅拌过程在较高温度下进行的原因相似。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种含锰渣的气凝胶材料，按重量份数计，含锰渣的气凝胶材料的原料包括电解锰渣50份、二氧化硅气凝胶30份、玻璃化微珠20份、石灰粉20份、减水剂4份以及水120份；电解锰渣的粒径约为10微米，玻璃化微珠的粒径为10微米。
本实施例还提供一种含锰渣的气凝胶材料的制备方法，其应用上述比例的原料，具体步骤包括：
将上述比例的电解锰渣、二氧化硅气凝胶和玻璃化微珠在40℃的温度条件下进行一次搅拌5h混合后得到功能性颗粒；将功能性颗粒与石灰粉、减水剂和水进行二次搅拌1h。
实施例2
本实施例提供一种含锰渣的气凝胶材料，按重量份数计，含锰渣的气凝胶材料的原料包括电解锰渣80份、二氧化硅气凝胶50份、玻璃化微珠40份、石灰粉30份、减水剂10份以及水150份；电解锰渣的粒径约为20微米，玻璃化微珠的粒径为50微米。
本实施例还提供一种含锰渣的气凝胶材料的制备方法，其应用上述比例的原料，具体步骤包括：
将上述比例的电解锰渣、二氧化硅气凝胶和玻璃化微珠在60℃的温度条件下进行一次搅拌8h混合后得到功能性颗粒；将功能性颗粒与石灰粉、减水剂和水进行二次搅拌4h。
实施例3
本实施例提供一种含锰渣的气凝胶材料，按重量份数计，含锰渣的气凝胶材料的原料包括电解锰渣55份、二氧化硅气凝胶35份、玻璃化微珠25份、石灰粉25份、减水剂6份以及水130份；电解锰渣的粒径约为15微米，玻璃化微珠的粒径为20微米。
本实施例还提供一种含锰渣的气凝胶材料的制备方法，其应用上述比例的原料，具体步骤包括：
将上述比例的电解锰渣、二氧化硅气凝胶和玻璃化微珠在45℃的温度条件下进行一次搅拌6h混合后得到功能性颗粒；将功能性颗粒与石灰粉、减水剂和水进行二次搅拌3h。
实施例4
本实施例提供一种含锰渣的气凝胶材料，按重量份数计，含锰渣的气凝胶材料的原料包括电解锰渣70份、二氧化硅气凝胶45份、玻璃化微珠35份、石灰粉30份、减水剂10份以及水150份；电解锰渣的粒径约为15微米，玻璃化微珠的粒径为30微米。
本实施例还提供一种含锰渣的气凝胶材料的制备方法，其应用上述比例的原料，具体步骤包括：
将上述比例的电解锰渣、二氧化硅气凝胶和玻璃化微珠在55℃的温度条件下进行一次搅拌6h混合后得到功能性颗粒；将功能性颗粒与石灰粉、减水剂和水进行二次搅拌3h。
实施例5
本实施例提供一种含锰渣的气凝胶材料，按重量份数计，含锰渣的气凝胶材料的原料包括电解锰渣60份、二氧化硅气凝胶40份、玻璃化微珠30份、石灰粉25份、减水剂6份以及水130份；电解锰渣的粒径约为15微米，玻璃化微珠的粒径为30微米。
本实施例还提供一种含锰渣的气凝胶材料的制备方法，其应用上述比例的原料，具体步骤包括：
将上述比例的电解锰渣、二氧化硅气凝胶和玻璃化微珠在55℃的温度条件下进行一次搅拌6h混合后得到功能性颗粒；将功能性颗粒与石灰粉、减水剂和水进行二次搅拌3h。
实施例6
本实施例提供一种含锰渣的气凝胶材料，按重量份数计，含锰渣的气凝胶材料的原料包括电解锰渣65份、二氧化硅气凝胶43份、玻璃化微珠33份、石灰粉28份、减水剂8份以及水140份；电解锰渣的粒径约为15微米，玻璃化微珠的粒径为20微米。
本实施例还提供一种含锰渣的气凝胶材料的制备方法，其应用上述比例的原料，具体步骤包括：
将上述比例的电解锰渣、二氧化硅气凝胶和玻璃化微珠在55℃的温度条件下进行一次搅拌6h混合后得到功能性颗粒；将功能性颗粒与石灰粉、减水剂和水进行二次搅拌3h。
实施例7
本实施例提供一种含锰渣的气凝胶材料，按重量份数计，含锰渣的气凝胶材料的原料包括电解锰渣65份、二氧化硅气凝胶43份、玻璃化微珠33份、石灰粉28份、减水剂8份、水140份和多晶莫来石纤维1份；电解锰渣的粒径约为15微米，玻璃化微珠的粒径为20微米；其中多晶莫来石纤维包括长度为15毫米的第一多晶莫来石纤维以及长度为10毫米的第二多晶莫来石纤维；第一多晶莫来石纤维和第二多晶莫来石纤维的质量比为0.5:1。
本实施例还提供一种含锰渣的气凝胶材料的制备方法，其应用上述比例的原料，具体步骤包括：
将上述比例的电解锰渣、二氧化硅气凝胶和玻璃化微珠在55℃的温度条件下进行一次搅拌6h混合后得到功能性颗粒；将功能性颗粒与石灰粉、减水剂、多晶莫来石纤维和水进行二次搅拌3h。
实施例8
与实施例7大致相同，不同之处在于，本实施例中多晶莫来石纤维为3份；且多晶莫来石纤维包括长度为20毫米的第一多晶莫来石纤维以及长度为15毫米的第二多晶莫来石纤维；第一多晶莫来石纤维和第二多晶莫来石纤维的质量比为2:1。
实施例9
与实施例7大致相同，不同之处在于，本实施例中多晶莫来石纤维为1.2份；且多晶莫来石纤维包括长度为18毫米的第一多晶莫来石纤维以及长度为10毫米的第二多晶莫来石纤维；第一多晶莫来石纤维和第二多晶莫来石纤维的质量比为1.5:1。
实施例10
与实施例7大致相同，不同之处在于，本实施例中多晶莫来石纤维为1.8份；且多晶莫来石纤维包括长度为18毫米的第一多晶莫来石纤维以及长度为10毫米的第二多晶莫来石纤维；第一多晶莫来石纤维和第二多晶莫来石纤维的质量比为1.5:1。
实施例11
与实施例10大致相同，不同之处在于，本实施例中的含锰的气凝胶材料还包括助剂0.5份，其中，乳化硅油0.2份、硅油0.2份和二月桂酸二丁基锡0.1份。
在含锰的气凝胶材料的制备方法中，助剂在二次搅拌过程中加入混合。
实施例12
与实施例11大致相同，不同之处在于，本实施例中的含锰的气凝胶材料还包括助剂3份，其中，乳化硅油1份、硅油1份和二月桂酸二丁基锡1份。
对比例1
与实施例6中含锰的气凝胶材料的原料相同，但是制备方法不同，在制备过程中是将各原料在常温下一次进行搅拌混合。
对比例2
与实施例10中含锰的气凝胶材料的原料相同，但是制备方法不同，在制备过程中是将各原料在常温下一次进行搅拌混合。
对比例3
与实施例12中含锰的气凝胶材料的原料相同，但是制备方法不同，在制备过程中是将各原料在常温下一次进行搅拌混合。
试验例1
取市购沥青混凝土30kg，分为15组，分别对应实施例1-12以及对比例1-3，每组对应2kg；将取实施例1-12和对比例1-3中制备的气凝胶材料0.1kg，与对应的混凝土材料搅拌均匀作为待测样品。
将15组混凝土待测样品入模成型，预加负荷，24h后拆模，于20℃，湿度为60％左右的环境中养护至28天。其中，对比例4为市购混凝土直接进行性能测定。
其中每个实施例制得含锰渣保温混凝土的立方体抗压尺寸为70mm*70mm*70mm，分别测试3d以及28天的强度，采用YAM-300B全自动压力试验机，无锡建仪仪器机械有效公司，实验过程位移加载1mm/min，分别测试3d以及28天的强度，仪器为KZ-5000型抗折试验仪器，无锡建仪仪器机械有效公司。具体测试方法参见JGJ70-90建筑砂浆基本性能的测试方法。导热系数测定通过稳态法测量原理，时间尺寸为半径5cm，厚度为1.5cm，采用湖南仪器仪表有效公司生产的DRXL-1导热系数测试仪。结果如表1所示。表1试验结果
由表1可知，本发明实施例提供的配方和制备方法制备得到的气凝胶材料对于提升混凝土的保温性能效果明显，且分部混合的过程对于提升保温性能也有明显的效果。
此外，由表1可知，本发明实施例提供的配方和制备方法制备得到的气凝胶材料对改善混凝土的抗压抗折强度具有不错的效果，能够改善混凝土的综合性能。
综上所述，本发明提供了一种含锰渣的气凝胶材料，发明人发现电解锰渣、二氧化硅气凝胶和玻璃化微珠进行复配后能够显著提升保温隔热的性能，将此为功能性原料制备为便于添加于混凝土中的气凝胶材料具有很高的市场应用价值，且达到了废物的回收利用的目的。
本发明还提供了一种含锰渣的气凝胶材料的制备方法，方法简便易行，适于工业化应用，得到的产品能够作为混凝土的功能性添加剂使用，具有十分优异的市场应用前景。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种含锰渣的气凝胶材料，其特征在于，按重量份数计，所述含锰渣的气凝胶材料的原料包括电解锰渣50-80份、二氧化硅气凝胶30-50份、玻璃化微珠20-40份、石灰粉20-30份、减水剂4-10份以及水120-150份；
所述电解锰渣的粒径为10-20微米。
2.根据权利要求1所述的含锰渣的气凝胶材料，其特征在于，所述含锰渣的气凝胶材料的原料包括电解锰渣55-70份、二氧化硅气凝胶35-45份、玻璃化微珠25-35份、石灰粉25-30份、减水剂6-10份以及水130-150份；
优选地，所述电解锰渣为60-70份、所述二氧化硅气凝胶为40-45份、所述玻璃化微珠为30-35份、所述石灰粉为25-30份、所述减水剂为6-10份以及所述水为130-140份。
3.根据权利要求1所述的含锰渣的气凝胶材料，其特征在于，所述玻璃化微珠的粒径为10-50微米，优选为20-30微米。
4.根据权利要求1所述的含锰渣的气凝胶材料，其特征在于，所述含锰渣的气凝胶材料的原料还包括多晶莫来石纤维1-3份，优选为1.2-1.8份。
5.根据权利要求4所述的含锰渣的气凝胶材料，其特征在于，所述多晶莫来石纤维包括长度为15-20毫米的第一多晶莫来石纤维以及长度为10-15毫米的第二多晶莫来石纤维；
所述第一多晶莫来石纤维和所述第二多晶莫来石纤维的质量比为0.5-2:1。
6.根据权利要求1所述的含锰渣的气凝胶材料，其特征在于，所述含锰渣的气凝胶材料的原料还包括助剂0.5-3份；
所述助剂包括消泡剂、流平剂和催干剂。
7.如权利要求1所述的含锰渣的气凝胶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将所述电解锰渣、所述二氧化硅气凝胶、所述玻璃化微珠、所述石灰粉、所述减水剂以及所述水搅拌混合。
8.根据权利要求7所述的含锰渣的气凝胶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将所述电解锰渣、所述二氧化硅气凝胶和所述玻璃化微珠在40-60℃的温度条件下进行一次搅拌混合后得到功能性颗粒；
将所述功能性颗粒与所述石灰粉、所述减水剂和所述水进行二次搅拌混合。
9.根据权利要求8所述的含锰渣的气凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述一次搅拌混合的时间为5-8h，所述二次搅拌混合的时间为1-4h。
10.根据权利要求8所述的含锰渣的气凝胶材料的制备方法，其特征在于，在所述一次搅拌过程中，优选地，搅拌温度为45-55℃。
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