CN109534733A - 一种白云石强化的泡沫无机聚合物材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种白云石强化的泡沫无机聚合物材料及其制备方法，所述方法包括以下步骤：1.采用氢氧化钾与硅溶胶制备碱性激发溶液；2.加入偏高岭土粉体；3.添加白云石粉体和双氧水，发泡；4.加入表面活性剂，并进行养护。本发明克服了直接发泡法制备无机聚合物材料孔隙率与强度提高问题，实现了轻质高强泡沫无机聚合物材料的制备，获得的泡沫材料孔隙率高，适用于环保和过滤等领域，制备方法简单，原料成本低廉，适用范围广。

Description

一种白云石强化的泡沫无机聚合物材料及其制备方法
技术领域
本发明属于泡沫材料制备技术领域，涉及添加白云石强化的高强高孔隙率的泡沫无机聚合物的制备方法，尤其涉及到一种利用白云石粉体为部分原料的通过直接发泡法制备开闭孔结构可调的泡沫无机聚合物材料。
背景技术
无机聚合物也称地质聚合物或矿聚合物(geopolymer)，是一种新型的绿色环境友好材料。它不像普通陶瓷和精细陶瓷那样需要高温烧结，而是一种低温免烧陶瓷。它是由AlO4和SiO4四面体单元通过共用氧相互交联形成的三维网络结构材料，目前，在航天和建筑领域都获得了一定的应用。在传统无机聚合物材料的基础上，近年来采用造孔剂法，直接发泡法，模板法等方法获得的无机聚合物泡沫材料，根据孔隙结构类型可知，闭孔的无机聚合物在保温、隔热领域具有应用价值，而开孔结构的无机聚合物在过滤分离、废水处理、催化、吸附等方面有很大的潜在应用价值。
采用添加造孔剂法虽然可以获得多孔无机聚合物，虽然强度高，但是其孔隙率受到引入造孔剂的多少的制约；采用模板法同理也收到模板尺寸的制约，虽然采用造孔剂法也可直接造孔，但是其孔隙率的提高以及强度的增强二者之间存在制约，这些因素都限制了无机聚合物工程应用的领域和范围。因此，在采用直接发泡法制备无机聚合物泡沫的同时，加入白云石作为部分原料，起到强化孔壁作用，白云石丰富的孔隙结构也为无机聚合物泡沫孔隙的丰富起到积极作用，制备得到的添加白云石强化的泡沫无机聚合物材料，绿色环保，工艺简单，操作便捷，形状可控，适于大规模生产。
发明内容
本发明针对泡沫无机聚合物的原料选择、制备、强化及孔隙率调控等问题，提供了一种绿色无污染的直接发泡法制备的添加白云石强化泡沫无机聚合物材料及其制备方法。利用煅烧调控白云石粉体活性使其与无机聚合物浆料不发生化学反应，且利用双氧水和表面活性剂作为发泡和稳泡剂，制备添加白云石强化的泡沫无机聚合物，获得开闭孔结构可调的泡沫多孔材料，提高了材料的强度及孔隙率，实现对白云石粉体的利用，制备条件无污染，绿色环保，工艺简单，适用范围广，制备了一种泡沫无机聚合物材料，提供了一种泡沫无机聚合物材料的制备方法，解决了上述问题。
本发明解决技术问题，采用如下技术方案：
本发明利用白云石粉体活性煅烧可调且与无机聚合物粉体不反应的特性，利用直接发泡法，将双氧水和表面活性剂作为发泡和稳泡剂引入无机聚合物浆料中，直接获得无机聚合物材料，其特点在于：以偏高岭土粉体、白云石粉体、氢氧化钾和硅溶胶为原料，利用白云石粉体在碱性溶液中不参与反应，活性偏高岭土粉体经碱性激发溶液激发成为无机聚合物浆料，搅拌并加入双氧水和表面活性剂后继续搅拌获得可发泡浆料，浆料固化，获得高孔隙率泡沫无机聚合物材料。制备过程按照如下步骤进行：
步骤一、碱性激发前驱体溶液的制备：将氢氧化钾与硅溶胶(质量分数20％～45％)按照摩尔比为1:0.5～2，混合并磁力搅拌3-5天后得到碱性前驱体激发溶液；
步骤二、添加白云石强化的无机聚合物浆料的制备：首先将一定质量活性偏高岭土粉体加入步骤一所得的碱性激发溶液中搅拌5-60分钟获得肉眼可见均匀浆料，将白云石粉体经过一定温度煅烧(低于1000℃)获得活性适中的白云石粉体，粉体逐步加入浆料中，持续机械搅拌10-30分钟，获得硅/铝比为1～4:1的添加白云石强化的无机聚合物料浆；
步骤三、添加白云石强化的无机聚合物浆料的发泡：将一定量的双氧水(双氧水/偏高岭土质量比为1-10％)加入步骤二得到的添加白云石强化的无机聚合物料浆中，加入去离子水调节料浆粘度为200mPa·s～600mPa·s之间，搅拌1-10分钟，再加入一定量的表面活性剂粉末(十二烷基硫酸钠/偏高岭土质量比为0.5-10％)，再搅拌1-10分钟，获得可发泡的添加白云石强化的无机聚合物泡沫浆料；
步骤四、泡沫无机聚合物浆料的养护：将步骤三制得的可发泡添加白云石强化的无机聚合物浆料倒入塑料模具中，先置于室温(15-30℃)静置发泡0-24小时，后移入烘箱内在40-80℃的条件下养护1-7天，脱模即可获得添加白云石强化的泡沫无机聚合物材料。
与已有技术相比，本发明的优异效果体现在：
本发明制备得到的添加白云石强化的泡沫无机聚合物材料，利用了煅烧处理来调控白云石矿物的活性，结合活性偏高岭土为硅铝源材料，通过直接发泡法获得高孔隙率的泡沫无机聚合物材料。采用白云石为部分原料实现其在无机聚合物中的应用，将片层状白云石粉体引入其中起到增强作用，结合双氧水作为发泡剂，获得具有宏孔网状结构的泡沫无机聚合物材料，一定量表面活性剂的加入不仅可以缓解应力，还可以稳定泡沫的孔隙结构，获得高强高孔隙率的添加白云石强化的泡沫无机聚合物材料。制得的泡沫无机聚合物材料具有轻质高强、孔隙结构丰富，开闭孔结构可调，比表面积大的优势。本发明中以白云石与高岭土为混合原料，原料来源广泛，成本低廉，发泡剂为双氧水，价格便宜，无污染，泡沫材料制备过程节能环保，无毒无害，获得的多孔泡沫无机材料在无机膜、过滤介质，催化载体等方面具有潜能，在污水过滤、污物吸附、烟气过滤和催化领域具有很大的潜在应用价值。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的白云石强化的泡沫无机聚合物材料的宏观照片。
图2为本发明实施例1制备的白云石强化的泡沫无机聚合物材料的XRD图。
图3为本发明实施例1制备的白云石强化的泡沫无机聚合物材料的SEM图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明。
实施例1
一种制备白云石强化的泡沫无机聚合物材料的方法，括如下步骤：
步骤一、碱性激发前驱体溶液的制备：将氢氧化钾与硅溶胶(质量分数40％)按照摩尔比为1:2，混合并磁力搅拌3天后得到碱性前驱体激发溶液；
步骤二、添加白云石强化的无机聚合物浆料的制备：首先将一定质量活性偏高岭土粉体加入步骤一所得的碱性激发溶液中搅拌30分钟获得肉眼可见均匀浆料，将白云石粉体经过一定温度煅烧(400℃)获得活性适中的白云石粉体，粉体逐步加入浆料中，持续机械搅拌10分钟，获得硅/铝比为2:1的添加白云石强化的无机聚合物料浆；
步骤三、添加白云石强化的无机聚合物浆料的发泡：将一定量的双氧水(双氧水/偏高岭土质量比为3％)加入步骤二得到的添加白云石强化的无机聚合物料浆中，加入去离子水调节料浆粘度为200mPa·s～600mPa·s之间，搅拌1-10分钟，再加入一定量的表面活性剂粉末(表面活性剂/偏高岭土质量比为3％)，再搅拌1-10分钟，获得可发泡的添加白云石强化的无机聚合物泡沫浆料；
步骤四、泡沫无机聚合物浆料的养护：将步骤三制得的可发泡添加白云石强化的无机聚合物浆料倒入塑料模具中，先置于室温(25℃)静置发泡0-24小时，后移入烘箱内在70℃的条件下养护7天，脱模即可获得添加白云石强化的泡沫无机聚合物材料。
实施例1制得的利用偏高岭土为原料的添加白云石强化的泡沫无机聚合物材料密度为0.45g/cm3，总孔隙率为80.2vol％，开孔孔隙率62.9vol％,抗压强度为0.87MPa。
图1为本发明实施例1制备的白云石强化的泡沫无机聚合物材料的宏观照片。从图中可以看出无机聚合物材料为多孔泡沫结构。
图2为本发明实施例1制备的白云石强化的泡沫无机聚合物材料的XRD图谱。从图中可以看出，泡沫无机聚合物物相为非晶结构，其中少量的尖峰的峰来源于白云石相和高岭土中未参与反应的石英相。
图3为本发明实施例1制备的添加白云石强化的泡沫无机聚合物材料的SEM图；从图中可以看出该材料为多孔结构，孔隙均匀。
实施例2
实施例2与实施例1不同在于步骤三中双氧水/偏高岭土质量比为3％；十二烷基硫酸钠粉末/偏高岭土质量比为5％，其它与实施例1相同。
制得的白云石强化的泡沫无机聚合物的密度为0.44g/cm3，81.0vol％，开孔孔隙率63.5vol％,抗压强度为0.80MPa。
综合以上各数据分析，说明本方法成功制备出白云石强化的泡沫无机聚合物材料。
上述实施例对本发明的技术方案进行了详细说明。显然，本发明并不局限于所描述的实施例。基于本发明中的实施例，熟悉本技术领域的人员还可据此做出多种变化，但任何与本发明等同或相类似的变化都属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种泡沫无机聚合物材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将氢氧化钾与硅溶胶按照摩尔比为1:0.5～2，混合后得到碱性激发溶液；
步骤二、在步骤一所得碱性激发溶液中加入偏高岭土粉体，搅拌，获得肉眼可见均匀浆料；
步骤三、将白云石粉体加入步骤二所得浆料中，搅拌，获得硅/铝比为1～4:1的白云石强化的无机聚合物料浆；
步骤四、将双氧水加入步骤三所得料浆中，加入去离子水调节料浆粘度为200mPa·s～600mPa·s之间，搅拌1-10分钟，
步骤五、将表面活性剂加入步骤四所得物中，搅拌1-10分钟，获得可发泡无机聚合物泡沫浆料；
步骤六、将步骤五所得浆料倒入模具中，后移入烘箱内养护1-7天，脱模即可获得白云石强化的泡沫无机聚合物材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤一中所述硅溶胶的质量分数为20％～45％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤二中所述搅拌时间5-60分钟。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤三中所述白云石为粉体为经过低于1000℃温度煅烧获得的白云石粉体；所述搅拌时间10-30分钟。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤四中所述双氧水与步骤二中所述偏高岭土质量比为1-10％。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤五中所述表面活性剂与步骤二中所述偏高岭土质量比为0.5-10％；所述搅拌时间1-10分钟。
7.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤六中于所述浆料移入烘箱之前在15-30℃静置发泡0-24小时。
8.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤六中所述烘箱内温度40-80℃。
9.权利要求1-8任一项方法制备的白云石强化的泡沫无机聚合物材料。
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