CN108793784A - 一种含有高岭土复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种含有高岭土插层复合物的水泥及其制备方法。本发明在传统水泥制备得过程中，加入表面负载纳米二氧化钛的二甲基亚砜插层高岭土复合物，使制备得到的水泥较传统的水泥具备更高的机械强度。

Description

一种含有高岭土复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种含有高岭土插层复合物的水泥及其制备方法。
背景技术
高岭土是一种重要的非金属矿产，是地壳上分布最广、被人类利用最为普遍的重要黏土矿物和工业矿产之一。高岭土具有良好的可塑性、高白度、易分散、高粘结性、电绝缘性等物化性质，在陶瓷、造纸、塑料、涂料、橡胶、建筑等工业领域已有普遍的应用，另外，高岭土还具有抗酸性、低阳离子交换性和较高的耐火性等理化性质，在光学玻璃、玻璃纤维、化纤、建筑材料、化肥、农药杀虫剂载体及耐火材料等行业也有广泛的应用。自然界高岭土是一种1:1型层状硅酸盐，其有机插层复合物既具有粘土矿物特有的吸附性、分散性、流变性、多孔性和表面酸性，又具有插层剂官能团的反应活性。作为新型的复合材料，在高性能聚合物基复合材料、高性能有机纳米陶瓷、非线性光学材料、功能材料等方面有着广泛的应用前景。近年来对于高岭土的插层研究较为活跃，有机物插层高岭土能够显著提高高岭土的层间距，且使得高岭土复合材料同时具有高岭土及有机物的物理化学特性，因此广泛应用于高岭土插层复合物的制备中。
专利CN201310280849涉及一种高岭土-硅烷嵌合插层改性复合物的制备方法。先将高岭土与插层剂溶液混合，在液态条件下对高岭土进行直接插层，然后制备高岭土-醇复合物，最后将高岭土-醇复合物加入到硅烷溶液中磁力搅拌，离心得到高岭土-硅烷嵌合插层改性复合物
专利200710168746.3涉及一种制备十八胺/高岭土插层复合物的方法。该方法以煤系高岭土为原料，先将高岭土与水合肼混合搅拌制备肼/高岭土插层复合物，然后在乙酸铵饱和溶液中混合搅拌得到乙酸铵/高岭土插层复合物，再以乙酸铵/高岭土插层复合物为前驱体加入到十八胺中加热反应得到十八胺/高岭土插层复合物。
专利CN201310737981.3涉及一种高岭土/1-丁基-3-甲基溴化咪唑插层复合材料的制备方法，主要通过三步法制备高岭土/咪唑插层复合物。其制备方法是：先用二甲基亚砜(DMSO)插入高岭土层间，使得高岭土001面层间距由0.72nm扩大到1.10nm，然后通过甲醇置换出DMSO制备高岭土/甲醇复合物，最后通过咪唑离子液体置换制备出高岭土/咪唑插层复合物，XRD结果显示咪唑离子液体插入高岭土使得高岭土层间距扩大到1.41nm左右，其插层率可达到86％。
专利201510759081.8涉及一种尼龙高岭土复合材料的制备方法，将煤系高岭土置于恒温干燥箱中干燥，然后将干燥后的高岭土投入高速混合机中，启动高速搅拌，升温加入偶联剂，高速搅拌后出料，即制得改性煤系高岭土；将PA66和改性高岭土均放在烘箱中鼓风干燥，称量PA66、高岭土、抗氧剂、润滑剂，加入高速混合机中混合，混合均匀后经双螺杆挤出机挤出造粒，将所得粒料在烘箱中鼓风干燥，用注塑机注射成型。通过对煤系高岭土的改性，及制备工艺中原材料的配比进行优化，使得所制备的复合材料的综合力学性能较佳，复合材料的颜色变化平缓且具有较好的流变性能。
以上方法分别研究制备出了高岭土-硅烷嵌合插层改性复合物、十八胺/高岭土插层复合物、高岭土/1-丁基-3-甲基溴化咪唑插层复合材料和尼龙高岭土复合材料，而关于高岭土插层复合物在水泥制备领域的应用还未见报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种含有高岭土插层复合物的水泥及其制备方法，本发明将经过插层的高岭土复合物应用到水泥的制备方法中，制备得到的水泥较传统水泥具备更高的机械强度。
本发明的技术方案为：
一种含有高岭土插层复合物的水泥，由石灰石、矾土、萤石、粉煤灰和表面负载纳米二氧化钛的二甲基亚砜插层高岭土复合物组成。
优选地，上述含有高岭土插层复合物的水泥中各组分的比例为：石灰石30-35重量份、矾土20-25重量份、萤石25-30重量份、粉煤灰10-15重量份、表面负载纳米二氧化钛的二甲基亚砜插层高岭土复合物2-5重量份。
优选地，所述表面负载纳米二氧化钛的二甲基亚砜插层高岭土复合物制备方法为：先将高岭土原土加入去离子水中搅拌混合均匀，然后加热至50～70℃，恒温30-50min，得到悬浮液，向所述悬浮液中加入二甲基亚砜，常温搅拌12～24h，得到共混液，前采用溶胶-凝胶法制备二氧化钛凝胶溶液，将所述二氧化钛凝胶溶液和所述共混液混合搅拌1～4h，过滤，并在80～100℃下干燥4～6h，得到前驱体粒子材料，将所述前驱体粒子材料升温至600～700℃煅烧，即可得到所述表面负载纳米二氧化钛的二甲基亚砜插层高岭土复合物。
上述含有高岭土插层复合物的水泥的制备方法，包括以下步骤：
(1)准备生料：准确称取石灰石、矾土、萤石、粉煤灰和表面负载纳米二氧化钛的二甲基亚砜插层高岭土复合物；
(2)粉碎处理：将石灰石、萤石进行粉碎处理，然后和矾土、粉煤灰混合均匀得到生料；
(3)熟料煅烧：将上述生料在回转炉内煅烧，得到水泥熟料；
(4)水泥制备：将上述水泥熟料和表面负载纳米二氧化钛的二甲基亚砜插层高岭土复合物混合后进行粉磨，即得到含有高岭土插层复合物的水泥。
优选地，步骤(2)中石灰石和萤石粉碎至粒径为80-120um。
优选地，步骤(3)中煅烧的温度为800-1200℃。
本发明的有益效果如下：
本发明在传统水泥制备得过程中，加入表面负载纳米二氧化钛的二甲基亚砜插层高岭土复合物，使制备得到的水泥较传统的水泥具备更高的机械强度。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步的详细说明，但不构成对本发明的任何限制。
实施例1
一种含有高岭土插层复合复合物的水泥，由33重量份石灰石、22重量份矾土、28重量份萤石、12重量份粉煤灰和5重量份表面负载纳米二氧化钛的二甲基亚砜插层高岭土复合物组成。
上述述表面负载纳米二氧化钛的二甲基亚砜插层高岭土复合物制备方法为：先将高岭土原土加入去离子水中搅拌混合均匀，然后加热至55℃，恒温30min，得到悬浮液，向所述悬浮液中加入二甲基亚砜，常温搅拌12h，得到共混液，前采用溶胶-凝胶法制备二氧化钛凝胶溶液，将所述二氧化钛凝胶溶液和所述共混液混合搅拌2h，过滤，并在85℃下干燥5h，得到前驱体粒子材料，将所述前驱体粒子材料置于马弗炉中，所述马弗炉以恒定的升温速率升温至650℃，并恒温煅烧即可得到所述表面负载纳米二氧化钛的二甲基亚砜插层高岭土复合物。
上述含有高岭土插层复合物的水泥的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)准备生料：准确称取石灰石、矾土、萤石、粉煤灰和表面负载纳米二氧化钛的二甲基亚砜插层高岭土复合物；
(2)粉碎处理：将石灰石、萤石进行粉碎到粒径为80-120um，然后和矾土、粉煤灰混合均匀得到生料；
(3)熟料煅烧：将上述生料在回转炉内850℃高温煅烧，得到水泥熟料；
(4)水泥制备：将上述水泥熟料和表面负载纳米二氧化钛的二甲基亚砜插层高岭土复合物混合后进行粉磨，即得到含有高岭土插层复合物的水泥。
本实施例制备得到的含有高岭土插层复合物的水泥初凝时间为20min，终凝时间为38min，1天后抗压强度可达到49.9MPa，3天后抗压强度可达到60.3MPa。因此本实施例制备的含有高岭土插层复合物的水泥具备较短的凝结时间和较强的抗压强度。
实施例2
一种含有高岭土插层复合复合物的水泥，由31重量份石灰石、24重量份矾土、30重量份萤石、13重量份粉煤灰和2重量份表面负载纳米二氧化钛的二甲基亚砜插层高岭土复合物组成。
上述述表面负载纳米二氧化钛的二甲基亚砜插层高岭土复合物制备方法为：先将高岭土原土加入去离子水中搅拌混合均匀，然后加热至50℃，恒温35min，得到悬浮液，向所述悬浮液中加入二甲基亚砜，常温搅拌20h，得到共混液，前采用溶胶-凝胶法制备二氧化钛凝胶溶液，将所述二氧化钛凝胶溶液和所述共混液混合搅拌1.5h，过滤，并在95℃下干燥4.5h，得到前驱体粒子材料，将所述前驱体粒子材料置于马弗炉中，所述马弗炉以恒定的升温速率升温至600℃，并恒温煅烧即可得到所述表面负载纳米二氧化钛的二甲基亚砜插层高岭土复合物。
上述含有高岭土插层复合物的水泥的制备方法，具体包括以下步骤：
准备生料：准确称取石灰石、矾土、萤石、粉煤灰和表面负载纳米二氧化钛的二甲基亚砜插层高岭土复合物；
粉碎处理：将石灰石、萤石进行粉碎到粒径为80-120um，然后和矾土、粉煤灰混合均匀得到生料；
熟料煅烧：将上述生料在回转炉内1000℃高温煅烧，得到水泥熟料；
水泥制备：将上述水泥熟料和表面负载纳米二氧化钛的二甲基亚砜插层高岭土复合物混合后进行粉磨，即得到含有高岭土插层复合物的水泥。
本实施例制备得到的含有高岭土插层复合物的水泥初凝时间为23min，终凝时间为40min，1天后抗压强度可达到41.2MPa，3天后抗压强度可达到55.3MPa。因此本实施例制备的含有高岭土插层复合物的水泥具备较短的凝结时间和较强的抗压强度。
实施例3
一种含有高岭土插层复合复合物的水泥，由35重量份石灰石、21重量份矾土、27重量份萤石、15重量份粉煤灰和4重量份表面负载纳米二氧化钛的二甲基亚砜插层高岭土复合物组成。
上述述表面负载纳米二氧化钛的二甲基亚砜插层高岭土复合物制备方法为：先将高岭土原土加入去离子水中搅拌混合均匀，然后加热至65℃，恒温30min，得到悬浮液，向所述悬浮液中加入二甲基亚砜，常温搅拌18h，得到共混液，前采用溶胶-凝胶法制备二氧化钛凝胶溶液，将所述二氧化钛凝胶溶液和所述共混液混合搅拌3.5h，过滤，并在100℃下干燥5.5h，得到前驱体粒子材料，将所述前驱体粒子材料置于马弗炉中，所述马弗炉以恒定的升温速率升温至700℃，并恒温煅烧即可得到所述表面负载纳米二氧化钛的二甲基亚砜插层高岭土复合物。
上述含有高岭土插层复合物的水泥的制备方法，具体包括以下步骤：
准备生料：准确称取石灰石、矾土、萤石、粉煤灰和表面负载纳米二氧化钛的二甲基亚砜插层高岭土复合物；
粉碎处理：将石灰石、萤石进行粉碎到粒径为80-120um，然后和矾土、粉煤灰混合均匀得到生料；
熟料煅烧：将上述生料在回转炉内950℃高温煅烧，得到水泥熟料；
水泥制备：将上述水泥熟料和表面负载纳米二氧化钛的二甲基亚砜插层高岭土复合物混合后进行粉磨，即得到含有高岭土插层复合物的水泥。
本实施例制备得到的含有高岭土插层复合物的水泥初凝时间为21min，终凝时间为39min，1天后抗压强度可达到45.4MPa，3天后抗压强度可达到57.6MPa。因此本实施例制备的含有高岭土插层复合物的水泥具备较短的凝结时间和较强的抗压强度。
实施例4
一种含有高岭土插层复合复合物的水泥，由32重量份石灰石、25重量份矾土、29重量份萤石、12重量份粉煤灰和2重量份表面负载纳米二氧化钛的二甲基亚砜插层高岭土复合物组成。
上述述表面负载纳米二氧化钛的二甲基亚砜插层高岭土复合物制备方法为：先将高岭土原土加入去离子水中搅拌混合均匀，然后加热至70℃，恒温50min，得到悬浮液，向所述悬浮液中加入二甲基亚砜，常温搅拌24h，得到共混液，前采用溶胶-凝胶法制备二氧化钛凝胶溶液，将所述二氧化钛凝胶溶液和所述共混液混合搅拌3h，过滤，并在80℃下干燥6h，得到前驱体粒子材料，将所述前驱体粒子材料置于马弗炉中，所述马弗炉以恒定的升温速率升温至680℃，并恒温煅烧即可得到所述表面负载纳米二氧化钛的二甲基亚砜插层高岭土复合物。
上述含有高岭土插层复合物的水泥的制备方法，具体包括以下步骤：
准备生料：准确称取石灰石、矾土、萤石、粉煤灰和表面负载纳米二氧化钛的二甲基亚砜插层高岭土复合物；
粉碎处理：将石灰石、萤石进行粉碎到粒径为80-120um，然后和矾土、粉煤灰混合均匀得到生料；
熟料煅烧：将上述生料在回转炉内1100℃高温煅烧，得到水泥熟料；
水泥制备：将上述水泥熟料和表面负载纳米二氧化钛的二甲基亚砜插层高岭土复合物混合后进行粉磨，即得到含有高岭土插层复合物的水泥。
本实施例制备得到的含有高岭土插层复合物的水泥初凝时间为24min，终凝时间为41min，1天后抗压强度可达到41.4MPa，3天后抗压强度可达到52.6MPa。因此本实施例制备的含有高岭土插层复合物的水泥具备较短的凝结时间和较强的抗压强度。
对比例1
一种水泥，由35重量份石灰石、25重量份矾土、30重量份萤石、10重量份粉煤灰组成。
上述水泥的制备方法，具体包括以下步骤：
准备生料：准确称取石灰石、矾土、萤石和粉煤灰；
粉碎处理：将石灰石、萤石进行粉碎到粒径为80-120um，然后和矾土、粉煤灰混合均匀得到生料；
熟料煅烧：将上述生料在回转炉内1100℃高温煅烧，得到水泥熟料；
水泥制备：将上述水泥熟料进行粉磨，即得到所述水泥产品。
本对比例制备得到的含有高岭土插层复合物的水泥初凝时间为25min，终凝时间为45min，1天后抗压强度为38.4MPa，3天后抗压强度为47.9.6MPa。
通过以上对比测试可以看出，本发明的水泥加入表面负载纳米二氧化钛的二甲基亚砜插层高岭土复合物后，在保证较短的凝结时间的基础上，能够获得更高的机械强度。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种含有高岭土插层复合物的水泥，其特征在于，所述含有高岭土插层复合物的水泥由石灰石、矾土、萤石、粉煤灰和表面负载纳米二氧化钛的二甲基亚砜插层高岭土复合物组成。
2.根据权利要求1所述的一种含有高岭土插层复合物的水泥，其特征在于，所述含有高岭土插层复合物的水泥中各组分的比例为：石灰石30-35重量份、矾土20-25重量份、萤石25-30重量份、粉煤灰10-15重量份、表面负载纳米二氧化钛的二甲基亚砜插层高岭土复合物2-5重量份。
3.根据权利要求1所述的一种含有高岭土插层复合物的水泥，其特征在于，所述表面负载纳米二氧化钛的二甲基亚砜插层高岭土复合物制备方法为：先将高岭土原土加入去离子水中搅拌混合均匀，然后加热至50～70℃，恒温30-50min，得到悬浮液，向所述悬浮液中加入二甲基亚砜，常温搅拌12～24h，得到共混液，采用溶胶-凝胶法制备二氧化钛凝胶溶液，将所述二氧化钛凝胶溶液和所述共混液混合搅拌1～4h，过滤，并在80～100℃下干燥4～6h，得到前驱体粒子材料，将所述前驱体粒子材料升温至600～700℃煅烧，即可得到所述表面负载纳米二氧化钛的二甲基亚砜插层高岭土复合物。
4.权利要求1至3中所述的任一种含有高岭土插层复合物的水泥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)准备生料：准确称取石灰石、矾土、萤石、粉煤灰和表面负载纳米二氧化钛的二甲基亚砜插层高岭土复合物；
(2)粉碎处理：将石灰石、萤石进行粉碎处理，然后和矾土、粉煤灰混合均匀得到生料；
(3)熟料煅烧：将上述生料在回转炉内煅烧，得到水泥熟料；
(4)水泥制备：将上述水泥熟料和表面负载纳米二氧化钛的二甲基亚砜插层高岭土复合物混合后进行粉磨，即得到含有高岭土插层复合物的水泥。
5.根据权利要求4所述的一种含有高岭土插层复合物的水泥的制备方法，其特征在于，步骤(2)中石灰石和萤石粉碎至粒径为80-120um。
6.根据权利要求4所述的一种含有高岭土插层复合物的水泥的制备方法，其特征在于，步骤(3)中煅烧的温度为800-1200℃。
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