CN108975832A - 一种具有形状记忆功能的特种装饰砂浆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有形状记忆功能的特种装饰砂浆及其制备方法，包括以下步骤：将形状记忆合金表面预处理后，加入纳米颗粒溶胶中，搅拌均匀后，将形状记忆聚合物和相变材料石蜡加入到普通聚合物溶液中，搅拌均匀，通过喷雾处理，覆盖于纳米颗粒改性的形状记忆合金置于表面，除去溶剂，室温冷却，得到纳米颗粒改性的形状记忆复合材料；将复合水泥、砂、矿物颜料和纳米颗粒改性的形状记忆复合材料混合均匀后，加入水，混合均匀，得到具有形状记忆功能的特种装饰砂浆。本发明将形状记忆材料加入到装饰砂浆中，并将纳米颗粒和相变材料通过浸渍和喷雾技术与形状记忆材料混合，制备得到的复合材料可以很好的融入到装饰砂浆中，赋予装饰砂浆优异的力学性能、储热性能和抗裂性能。

Description

一种具有形状记忆功能的特种装饰砂浆及其制备方法
技术领域
本发明属于装饰砂浆材料技术领域，具体涉及一种具有形状记忆功能的特种装饰砂浆及其制备方法。
背景技术
砂浆是建筑材料中使用最多的材料，砂浆的使用范围已经涉及到房屋建筑、桥梁、隧道、城市的基础设施等方面，因此砂浆凝固后形成的混凝土结构的性能直接影响人们日常生活、工作和出行的安全性，但是混凝土结构在使用一定时间后必然会发生损伤，为了保证建筑材料的安全性需要进行加固维护，且在实际过程中混凝土产生裂缝后，往往并不能及时更换。装饰砂浆覆盖于混凝土的表面，在赋予混凝土建筑材料丰富的色彩性的同时，也可以对混凝土结构起到保护作用。
形状记忆材料具有形状记忆效应，形状记忆材料包括形状记忆合金和形状记忆聚合物，形状记忆聚合物是可以发生形变并临时固定在第二形状，当暴露于适当的刺激后可恢复原来的形状，形状记忆合金是加热预先变形后，当温度超过相变温度时，就会回复变形前的形状，将形状记忆材料运用于建筑混凝土结构中可起到快速加固的作用。中国专利CN105378129B公开的通过由形状记忆合金制成的轮廓制造加预应力的混凝土结构的方法以及根据该方法建造的结构，该混凝土结构中，将具有带肋表面或具有罗纹形表面的多态或多晶体结构的钢基形状记忆合金制造的轮廓连接至结构的粗糙外界，在胶结基质硬化后，由形状记忆合金支撑的轮廓通过来自电压源的热量输入，从马氏体状态改变成奥氏体的永久状态，经结构元件爪而互锁的预加应力的胶结基质间接地将结构元件预加应力。中国专利CN 107513146A公开的形状记忆聚氨酯基复合材料水泥路面嵌缝料制备方法，将聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇在120℃真空脱水1.5h，降温至80℃时，加入2,4-二异氰酸甲苯酯，在氮气保护下恒温反应，得到形状记忆聚氨酯预聚体，然后采用原位聚合法，将二氧化硅纳米颗粒加入其中，充分搅拌后，降温至70℃，加入扩链剂1,4-丁二醇，搅拌反应，转移至模具中静置，固化成型，脱模，放入高于其相转变温度的烘箱中，施加一定拉力使其产生预定的拉应变，保持载荷不变，降温至室温，卸除载荷，赋予聚氨酯基复合材料形状记忆性能，该方法制备的聚氨酯基复合材料作为水泥路面嵌缝材料，改善水泥路面的抗老化性、化学稳定性和力学性能。由上述现有技术可知，通过将形状记忆材料添加到混凝土结构材料的内部或者表面可进一步提高混凝土结构的性能，但是目前形状记忆材料都是单独作用的，并没有对装饰砂浆的性能方面的改性做出技术启示。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有形状记忆功能的特种装饰砂浆及其制备方法，本发明将形状记忆材料加入到装饰砂浆中，将纳米颗粒负载于记忆形状合金表面后，普通聚合物和相变材料通过喷雾技术与形状记忆材料混合，制备得到的纳米颗粒改性的形状记忆复合材料，将纳米颗粒改性的形状记忆复合材料可以很好的融入到装饰砂浆中，赋予装饰砂浆优异的力学性能、储热性能和抗裂性能。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种具有形状记忆功能的特种装饰砂浆，其特征在于，所述具有形状记忆功能的特种装饰砂浆包括纳米颗粒改性的形状记忆复合材料，该纳米颗粒改性的形状记忆复合材料包括形状记忆合金、形状记忆聚合物、石蜡相变材料、纳米颗粒和普通聚合物，所述形状记忆合金为马氏体状态的钛镍合金、镍铝合金或者铁铂合金，所述形状记忆聚合物为形状记忆聚氨酯，所述纳米颗粒为纳米二氧化硅溶胶或者纳米二氧化钛溶胶，所述普通聚合物为丙烯酸酯或者聚乙烯醇。
作为上述技术方案的优选，所述具有形状记忆功能的特种装饰砂浆还包括复合水泥、砂、矿物颜料和水。
本发明还提供一种具有形状记忆功能的特种装饰砂浆的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将形状记忆合金表面预处理后，加入纳米颗粒溶胶中，搅拌均匀后，取出，烘干，得到纳米颗粒改性的形状记忆合金；
(2)将形状记忆聚合物和石蜡相变材料加入到普通聚合物溶液中，搅拌均匀，通过喷雾处理，覆盖于步骤(1)制备的纳米颗粒改性的形状记忆合金置于表面，除去溶剂，室温冷却，得到纳米颗粒改性的形状记忆复合材料；
(3)将复合水泥、砂、矿物颜料和步骤(2)制备的纳米颗粒改性的形状记忆复合材料混合均匀后，加入水，混合均匀，得到具有形状记忆功能的特种装饰砂浆。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，形状记忆合金为马氏体状态的钛镍合金、镍铝合金或者铁铂合金。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，预处理工艺为低温等离子体活化处理，功率为300-400W，时间为30-60s。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，纳米颗粒溶胶为纳米二氧化硅溶胶或者纳米二氧化钛溶胶。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，形状记忆聚合物为形状记忆聚氨酯。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，普通聚合物溶液为溶剂为DMF的丙烯酸酯或者聚乙烯醇溶液。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，喷雾处理的喷雾的直径为50-500μm。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，具有形状记忆功能的特种装饰砂浆中纳米颗粒改性的形状记忆复合材料的含量为5-25％。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明制备的具有形状记忆功能的特种装饰砂浆的功能材料为纳米颗粒改性的形状记忆复合材料，该纳米颗粒改性的形状记忆复合材料包括马氏体状态的钛镍合金、镍铝合金或者铁铂合金、形状记忆聚氨酯、纳米二氧化硅或者纳米二氧化钛颗粒，丙烯酸酯或者聚乙烯醇普通聚合物，本发明将纳米二氧化硅或者纳米二氧化钛颗粒附着于形状记忆合金的表面，在形状记忆合金的表面形成粗糙点，有利于相变材料、形状记忆聚合物和普通聚合物的附着，且赋予材料纳米特性，且本发明通过喷雾技术将混合溶液形成微米级的液滴，液滴更有利于相变材料、形状记忆聚合物和普通聚合物的混合均匀，也更有利于在形状记忆合金的表面附着，使制备的纳米颗粒改性的形状记忆复合材料兼具纳米特性、相变性能和形状记忆的功能。然后将纳米颗粒改性的形状记忆复合材料加入到装饰砂浆，混合均匀后，固化养护，进行加热化处理，使装饰砂浆中的形状记忆合金回复至奥氏体永久状态，形状记忆聚合物恢复至初始状态，使固化的混凝土中各组分之间紧密结合，粘合力高，且相变材料均匀的分布于混凝土中，使混凝土对环境的响应性好，降低了外界环境对混凝土的影响，提高了混凝土的使用寿命，延长了混凝土加固维修的期限，经济效益好。
(2)本发明制备方法简单，通过简单的浸渍和喷雾技术将形状记忆材料和相变材料以不同的结构和形态结合，再固化的时候回复至永久状态，提高混凝土中各组分的结合力，提高了混凝土的力学性能，且混凝土中含有的纳米材料和相变材料使混凝土具有光催化、相变、抗裂等性能，因此，本发明制备的具有形状记忆功能的特种装饰砂浆的功能材料的综合功能性优异，经济效益和使用效果好。
具体实施方式
下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1：
(1)将马氏体状态的钛镍合金在300W功率下对表面进行低温等离子体活化预处理30s后，加入200-500nm的纳米二氧化硅溶胶中，搅拌均匀后，取出，烘干，得到纳米颗粒改性的形状记忆合金，其中，纳米颗粒改性的形状记忆合金中纳米颗粒的含量为2％。
(2)将质量比为1:0.8的形状记忆聚氨酯和石蜡相变材料加入到丙烯酸酯的DMF溶液中，搅拌均匀，通过喷雾处理使喷雾的直径为50-500μm，覆盖于纳米颗粒改性的形状记忆合金置于表面，除去溶剂，室温冷却，得到纳米颗粒改性的形状记忆复合材料。
(3)按照水泥、砂、水和矿物颜料的质量比为1:3:0.39:0.003，将质量比为0.3:0.2的普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥组成的复合水泥、砂、矿物颜料和纳米颗粒改性的形状记忆复合材料混合均匀后，加入水，混合均匀，得到具有形状记忆功能的特种装饰砂浆，其中，具有形状记忆功能的特种装饰砂浆中纳米颗粒改性的形状记忆复合材料的含量为5％。
实施例2：
(1)将马氏体状态的镍铝合金在400W功率下对表面进行低温等离子体活化预处理60s后，加入200-500nm的纳米二氧化钛溶胶中，搅拌均匀后，取出，烘干，得到纳米颗粒改性的形状记忆合金，其中，纳米颗粒改性的形状记忆合金中纳米颗粒的含量为5％。
(2)将质量比为1:1.5的形状记忆聚氨酯和石蜡相变材料加入到聚乙烯醇的DMF溶液中，搅拌均匀，通过喷雾处理使喷雾的直径为50-500μm，覆盖于纳米颗粒改性的形状记忆合金置于表面，除去溶剂，室温冷却，得到纳米颗粒改性的形状记忆复合材料。
(3)按照水泥、砂、水和矿物颜料的质量比为1:3.1:0.39:0.005，将质量比为0.5:0.6的普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥组成的复合水泥、砂、矿物颜料和纳米颗粒改性的形状记忆复合材料混合均匀后，加入水，混合均匀，得到具有形状记忆功能的特种装饰砂浆，其中，具有形状记忆功能的特种装饰砂浆中纳米颗粒改性的形状记忆复合材料的含量为25％。
实施例3：
(1)将马氏体状态的铁铂合金在350W功率下对表面进行低温等离子体活化预处理45s后，加入200-500nm的纳米二氧化硅溶胶中，搅拌均匀后，取出，烘干，得到纳米颗粒改性的形状记忆合金，其中，纳米颗粒改性的形状记忆合金中纳米颗粒的含量为3％。
(2)将质量比为1:1的形状记忆聚氨酯和石蜡相变材料加入到丙烯酸酯的DMF溶液中，搅拌均匀，通过喷雾处理使喷雾的直径为50-500μm，覆盖于纳米颗粒改性的形状记忆合金置于表面，除去溶剂，室温冷却，得到纳米颗粒改性的形状记忆复合材料。
(3)按照水泥、砂、水和矿物颜料的质量比为1:3.05:0.39:0.004，将质量比为0.4:0.3的普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥组成的复合水泥、砂、矿物颜料和纳米颗粒改性的形状记忆复合材料混合均匀后，加入水，混合均匀，得到具有形状记忆功能的特种装饰砂浆，其中，具有形状记忆功能的特种装饰砂浆中纳米颗粒改性的形状记忆复合材料的含量为10％。
实施例4：
(1)将马氏体状态的铁铂合金在385W功率下对表面进行低温等离子体活化预处理35s后，加入200-500nm的纳米二氧化硅溶胶中，搅拌均匀后，取出，烘干，得到纳米颗粒改性的形状记忆合金，其中，纳米颗粒改性的形状记忆合金中纳米颗粒的含量为3.5％。
(2)将质量比为1:1.3的形状记忆聚氨酯和石蜡相变材料加入到丙烯酸酯的DMF溶液中，搅拌均匀，通过喷雾处理使喷雾的直径为50-500μm，覆盖于纳米颗粒改性的形状记忆合金置于表面，除去溶剂，室温冷却，得到纳米颗粒改性的形状记忆复合材料.
(3)按照水泥、砂、水和矿物颜料的质量比为1:3.02:0.39:0.0035，将质量比为0.3:0.5的普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥组成的复合水泥、砂、矿物颜料和纳米颗粒改性的形状记忆复合材料混合均匀后，加入水，混合均匀，得到具有形状记忆功能的特种装饰砂浆，其中，具有形状记忆功能的特种装饰砂浆中纳米颗粒改性的形状记忆复合材料的含量为12％。
实施例5：
(1)将马氏体状态的钛镍合金在365W功率下对表面进行低温等离子体活化预处理50s后，加入200-500nm的纳米二氧化硅溶胶中，搅拌均匀后，取出，烘干，得到纳米颗粒改性的形状记忆合金，其中，纳米颗粒改性的形状记忆合金中纳米颗粒的含量为4.5％。
(2)将质量比为1:1.3的形状记忆聚氨酯和石蜡相变材料加入到丙烯酸酯的DMF溶液中，搅拌均匀，通过喷雾处理使喷雾的直径为50-500μm，覆盖于纳米颗粒改性的形状记忆合金置于表面，除去溶剂，室温冷却，得到纳米颗粒改性的形状记忆复合材料.
(3)按照水泥、砂、水和矿物颜料的质量比为1:3:0.39:0.005，将质量比为0.3:0.6的普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥组成的复合水泥、砂、矿物颜料和纳米颗粒改性的形状记忆复合材料混合均匀后，加入水，混合均匀，得到具有形状记忆功能的特种装饰砂浆，其中，具有形状记忆功能的特种装饰砂浆中纳米颗粒改性的形状记忆复合材料的含量为23％。
实施例6：
(1)将马氏体状态的镍铝合金在300W功率下对表面进行低温等离子体活化预处理60s后，加入200-500nm的纳米二氧化钛溶胶中，搅拌均匀后，取出，烘干，得到纳米颗粒改性的形状记忆合金，其中，纳米颗粒改性的形状记忆合金中纳米颗粒的含量为2％。
(2)将质量比为1:0.8的形状记忆聚氨酯和石蜡相变材料加入到聚乙烯醇的DMF溶液中，搅拌均匀，通过喷雾处理使喷雾的直径为50-500μm，覆盖于纳米颗粒改性的形状记忆合金置于表面，除去溶剂，室温冷却，得到纳米颗粒改性的形状记忆复合材料。
(3)按照水泥、砂、水和矿物颜料的质量比为1:3.1:0.39:0.003，将质量比为0.5:0.2的普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥组成的复合水泥、砂、矿物颜料和纳米颗粒改性的形状记忆复合材料混合均匀后，加入水，混合均匀，得到具有形状记忆功能的特种装饰砂浆，其中，具有形状记忆功能的特种装饰砂浆中纳米颗粒改性的形状记忆复合材料的含量为17％。
经检测，实施例1-6制备的具有形状记忆功能的特种装饰砂浆的力学性能、相变性能和抗裂性能的结果如下所示：
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
比热容峰值(J/(kg·℃)) 1794 1823 1804 1798 1801 1816
抗折强度(MPa) 11.3 12.9 12.5 12.4 12.6 11.7
抗压强度(MPa) 53.6 54.9 53.9 54.0 54.3 54.6
加固维修期延长率(％) 23 29 26 28 24 25
由上表可见，本发明制备的具有形状记忆功能的特种装饰砂浆的比热容峰值和力学强度优异，还有效的延长了加固维修时间。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种具有形状记忆功能的特种装饰砂浆，其特征在于，所述具有形状记忆功能的特种装饰砂浆包括纳米颗粒改性的形状记忆复合材料，该纳米颗粒改性的形状记忆复合材料包括形状记忆合金、形状记忆聚合物、相变材料石蜡、纳米颗粒和普通聚合物，所述形状记忆合金为马氏体状态的钛镍合金、镍铝合金或者铁铂合金，所述形状记忆聚合物为形状记忆聚氨酯，所述纳米颗粒为纳米二氧化硅溶胶或者纳米二氧化钛溶胶，所述普通聚合物为丙烯酸酯或者聚乙烯醇。
2.根据权利要求1所述的一种具有形状记忆功能的特种装饰砂浆，其特征在于，所述具有形状记忆功能的特种装饰砂浆还包括复合水泥、砂、矿物颜料和水。
3.一种具有形状记忆功能的特种装饰砂浆的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将形状记忆合金表面预处理后，加入纳米颗粒溶胶中，搅拌均匀后，取出，烘干，得到纳米颗粒改性的形状记忆合金；
(2)将形状记忆聚合物和相变材料石蜡加入到普通聚合物溶液中，搅拌均匀，通过喷雾处理，覆盖于步骤(1)制备的纳米颗粒改性的形状记忆合金置于表面，除去溶剂，室温冷却，得到纳米颗粒改性的形状记忆复合材料；
(3)将复合水泥、砂、矿物颜料和步骤(2)制备的纳米颗粒改性的形状记忆复合材料混合均匀后，加入水，混合均匀，得到具有形状记忆功能的特种装饰砂浆。
4.根据权利要求3所述的一种具有形状记忆功能的特种装饰砂浆的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，形状记忆合金为马氏体状态的钛镍合金、镍铝合金或者铁铂合金。
5.根据权利要求3所述的一种具有形状记忆功能的特种装饰砂浆的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，预处理工艺为低温等离子体活化处理，功率为300-400W，时间为30-60s。
6.根据权利要求3所述的一种具有形状记忆功能的特种装饰砂浆的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，纳米颗粒溶胶为纳米二氧化硅溶胶或者纳米二氧化钛溶胶。
7.根据权利要求3所述的一种具有形状记忆功能的特种装饰砂浆的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，形状记忆聚合物为形状记忆聚氨酯。
8.根据权利要求3所述的一种具有形状记忆功能的特种装饰砂浆的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，普通聚合物溶液为溶剂为DMF的丙烯酸酯或者聚乙烯醇溶液。
9.根据权利要求3所述的一种具有形状记忆功能的特种装饰砂浆的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，喷雾处理的喷雾的直径为50-500μm。
10.根据权利要求3所述的一种具有形状记忆功能的特种装饰砂浆的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，具有形状记忆功能的特种装饰砂浆中纳米颗粒改性的形状记忆复合材料的含量为5-25％。
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