CN110156386B - 一种苯丙乳液增韧地聚合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种苯丙乳液增韧地聚合物，包括如下重量份的原料：100份硅铝质原料，35‑80份碱激发剂，0.5‑3份增韧剂；所述碱激发剂由0‑20份的氢氧化钠与80‑100份的模数为1.2‑3.4的水玻璃溶液混合而成；所述增韧剂为硅烷偶联剂改性苯丙乳液。本发明制备方法简单，同时实现了对硅铝质原料的有效回收利用，制得的苯丙乳液增韧地聚合物产品附加值高、抗压强度高、韧性好，具有优异的力学性能，特别是折压比，有效改善了地聚合物的脆性大、折压比低的问题，并且韧性优于普通硅酸盐水泥。

Description

一种苯丙乳液增韧地聚合物及其制备方法
技术领域
本发明属于地聚合物增韧技术领域，具体涉及一种苯丙乳液增韧地聚合物及其制备方法。
背景技术
地聚合物是一种新型的高性能的无机聚合物胶凝材料，是最有前途的碱激活胶凝材料之一。由于其特殊的无机缩聚三维氧化物网络结构，使得地聚合物材料在众多方面具有比高分子材料、水泥、陶瓷和金属更好的高温性能和机械性能。另一方面，地质聚合物材料的制备过程能耗和废物排放量都非常低，是一种可持续发展的“绿色环保材料”。碱激发地质聚合物比普通硅酸盐水泥具有更好的抗压强度、耐酸碱性、抗冻融、抗碳化等性能。另外，地质聚合物具有制备工艺简单、能耗低、无需烧制、应用前景广阔、固废规模化综合利用等优点。
地聚合物可作为胶凝材料替代水泥的应用，但存在脆性大、折压比低问题。因此有效地提高地聚合物的抗折强度、提高折压比，能够为地聚合物的广泛应用提供保障。
苯丙乳液是一种由苯乙烯和丙烯酸酯类单体组成的共聚物乳液，其具有良好的柔韧性，耐热，高模量等特性，利用其改性胶凝材料，可有效的提高地聚合物的力学性能，特别是抗折强度。目前，苯丙乳液改性胶凝材料的专利有：申请号为201710797107.7的中国发明专利公开了一种成本低且保温性能好的复合保温墙体，是通过将废弃泡沫塑料颗粒与水泥、短切纤维、苯丙乳液、混凝土防水剂、双氧水、水按比例混合搅拌均匀得到的；申请号为201310434903.6的中国发明专利申请了公开了一种自流平垫层砂浆和耐磨地面砂浆用添加剂，以苯丙乳液、防沉剂、疏水剂、减水剂等作为混合添加剂使得水泥砂浆具有较好的流动性，并可使水泥水化始终得到合适的水分；申请号为201510933729.9的中国发明专利公开了一种无皂苯丙乳液聚合物混凝土，引进无皂苯丙乳液替代常规乳液，使得混凝土试块内部空隙孔径小于100μm，得到的混凝土的绝缘性能和机械性能大大优于同类聚合物混凝土。上述3个专利文献虽然采用苯丙乳液改性胶凝材料，但实际上仅仅是苯丙乳液与无机胶凝材料的混合，主要是机械混合，通过物理作用来加强材料的力学性能，因此对折压比的改善效果一般。
发明内容
本发明的目的在于提供一种苯丙乳液增韧地聚合物，其具有优异的抗折抗压强度以及折压比。
本发明的另一目的在于提供一种苯丙乳液增韧地聚合物的制备方法。
技术方案
本发明以硅铝质原料(偏高岭土、煤矸石、粉煤灰、矿渣)、碱激发剂(水玻璃、氢氧化钠)为主要原料，硅烷偶联剂改性后的苯丙乳液为增韧剂，制得的地聚合物强度高、韧性好，并且实现了对硅铝质原料的(偏高岭土、煤矸石、粉煤灰、矿渣)有效回收利用。具体方案如下：
一种苯丙乳液增韧地聚合物，包括如下重量份的原料：
100份硅铝质原料，35-80份碱激发剂，0.5-3份增韧剂；所述碱激发剂由0-20份的氢氧化钠与80-100份的模数为1.2-3.4的水玻璃溶液混合制备而成；所述增韧剂为硅烷偶联剂改性苯丙乳液。
进一步，所述碱激发剂由20份的氢氧化钠与80份的模数为1.2-3.4的水玻璃溶液混合制备而成。
进一步，所述增韧剂的制备方法：往50份苯丙乳液中加入6-8份硅烷偶联剂，在50-80℃下混合反应，即得。所述硅烷偶联剂选自A-151、KH-560或KH-792中的任意一种。
进一步，所述硅铝质原料选自偏高岭土、煤矸石、粉煤灰或矿渣中的任意一种。
上述苯丙乳液增韧地聚合物的制备方法，包括以下步骤：
按重量份将硅铝质原料和碱激发剂在10-50r/min的转速下混合搅拌均匀，然后加入增韧剂，在100-200r/min的转速下混合搅拌成浆体，将浆体注入模具中成型，养护，脱模后，在室温条件下继续养护3-28d，即得。
进一步，脱模前的养护方法是：在20-70℃、相对湿度为90％-95％的条件下养护20-40h。
本发明的有益效果：本发明以硅铝质原料为主要原料，钠水玻璃为碱激发剂，硅烷偶联剂改性苯丙乳液作为增韧剂，制备得到苯丙乳液增韧地聚合物，方法简单，实现了对硅铝质原料的有效回收利用；采用硅烷偶联剂改性后的苯丙乳液，其有机官能基对有机物具有反应性，硅烷氧基对无机物具有反应性，可形成有机基体-硅烷偶联剂-无机基体的结合层。且硅烷偶联剂水解生成Si-OH，掺入到碱性胶凝系统中，通过Si-OH、Al-OH基团间的缩合反应，形成Si-O-Si、Si-O-Al键合作用、形成具有有机高分子均匀分布穿插于地聚合物中网络结构的胶凝材料，有效地改善了地聚合物的力学性能，特别是折压比，因此，本发明制得的苯丙乳液增韧地聚合物具有优异的抗折抗压强度以及折压比，有效改善了偏高岭土基地聚合物的脆性问题。
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。
值得说明的是，下述实施例中，采用的硅铝质原料为偏高岭土，其化学组成如下：SiO2：45.01％～49.56％、Al2O3：45.57％～54.99％，余量为Fe2O3、CaO、MgO、K2O、TiO2。但不限于此。
实施例1
一种苯丙乳液增韧地聚合物，包括如下重量份的原料：
100份硅铝质原料(偏高岭土)，70份碱激发剂，0.5份增韧剂；
所述碱激发剂的制备方法：将20份的氢氧化钠与80份的模数为3.4的水玻璃溶液混合搅拌至氢氧化钠固体全部溶解，再静置24h后，得到碱激发剂。
所述增韧剂的制备方法：往50份苯丙乳液中加入6份硅烷偶联剂A-151，在60℃下混合反应，即得。
上述苯丙乳液增韧地聚合物的制备方法：按重量份将硅铝质原料和碱激发剂在10-50r/min的转速下混合搅拌2min，然后加入增韧剂，在100-200r/min的转速下混合搅拌2min，得到浆体，将浆体注入20×20×20mm以及20×20×80mm的模具中成型，在20-25℃、相对湿度为90％-95％的条件下养护30h，脱模，在室温条件下养护3-28d，即得。
实施例2
一种苯丙乳液增韧地聚合物，包括如下重量份的原料：
100份硅铝质原料(偏高岭土)，70份碱激发剂，1份增韧剂；
所述碱激发剂的制备方法：将20份的氢氧化钠与80份的模数为3.4的水玻璃溶液混合搅拌至氢氧化钠固体全部溶解，再静置24h后，得到碱激发剂。
所述增韧剂的制备方法：往50份苯丙乳液中加入6份硅烷偶联剂A-151，在60℃下混合反应，即得。
上述苯丙乳液增韧地聚合物的制备方法：按重量份将硅铝质原料和碱激发剂在10-50r/min的转速下混合搅拌2min，然后加入增韧剂，在100-200r/min的转速下混合搅拌2min，得到浆体，将浆体注入20×20×20mm以及20×20×80mm的模具中成型，在20-25℃、相对湿度为90％-95％的条件下养护30h，脱模，在室温条件下养护3-28d，即得。
实施例3
一种苯丙乳液增韧地聚合物，包括如下重量份的原料：
100份硅铝质原料(偏高岭土)，70份碱激发剂，2份增韧剂；
所述碱激发剂的制备方法：将20份的氢氧化钠与80份的模数为3.4的水玻璃溶液混合搅拌至氢氧化钠固体全部溶解，再静置24h后，得到碱激发剂。
所述增韧剂的制备方法：往50份苯丙乳液中加入6份硅烷偶联剂A-151，在60℃下混合反应，即得。
上述苯丙乳液增韧地聚合物的制备方法：按重量份将硅铝质原料和碱激发剂在10-50r/min的转速下混合搅拌2min，然后加入增韧剂，在100-200r/min的转速下混合搅拌2min，得到浆体，将浆体注入20×20×20mm以及20×20×80mm的模具中成型，在20-25℃、相对湿度为90％-95％的条件下养护30h，脱模，在室温条件下养护3-28d，即得。
实施例4
一种苯丙乳液增韧地聚合物，包括如下重量份的原料：
100份硅铝质原料(偏高岭土)，70份碱激发剂，3份增韧剂；
所述碱激发剂的制备方法：将20份的氢氧化钠与80份的模数为3.4的水玻璃溶液混合搅拌至氢氧化钠固体全部溶解，再静置24h后，得到碱激发剂。
所述增韧剂的制备方法：往50份苯丙乳液中加入6份硅烷偶联剂A-151，在60℃下混合反应，即得。
上述苯丙乳液增韧地聚合物的制备方法：按重量份将硅铝质原料和碱激发剂在10-50r/min的转速下混合搅拌2min，然后加入增韧剂，在100-200r/min的转速下混合搅拌2min，得到浆体，将浆体注入20×20×20mm以及20×20×80mm的模具中成型，在20-25℃、相对湿度为90％-95％的条件下养护30h，脱模，在室温条件下养护3-28d，即得。
实施例5
一种苯丙乳液增韧地聚合物，包括如下重量份的原料：
100份硅铝质原料(偏高岭土)，70份碱激发剂，0.5份增韧剂；
所述碱激发剂的制备方法：将20份的氢氧化钠与80份的模数为3.4的水玻璃溶液混合搅拌至氢氧化钠固体全部溶解，再静置24h后，得到碱激发剂。
所述增韧剂的制备方法：往50份苯丙乳液中加入6份硅烷偶联剂KH-560，在60℃下混合反应，即得。
上述苯丙乳液增韧地聚合物的制备方法：按重量份将硅铝质原料和碱激发剂在10-50r/min的转速下混合搅拌2min，然后加入增韧剂，在100-200r/min的转速下混合搅拌2min，得到浆体，将浆体注入20×20×20mm以及20×20×80mm的模具中成型，在20-25℃、相对湿度为90％-95％的条件下养护30h，脱模，在室温条件下养护3-28d，即得。
实施例6
一种苯丙乳液增韧地聚合物，包括如下重量份的原料：
100份硅铝质原料(偏高岭土)，70份碱激发剂，1份增韧剂；
所述碱激发剂的制备方法：将20份的氢氧化钠与80份的模数为3.4的水玻璃溶液混合搅拌至氢氧化钠固体全部溶解，再静置24h后，得到碱激发剂。
所述增韧剂的制备方法：往50份苯丙乳液中加入6份硅烷偶联剂KH-560，在60℃下混合反应，即得。
上述苯丙乳液增韧地聚合物的制备方法：按重量份将硅铝质原料和碱激发剂在10-50r/min的转速下混合搅拌2min，然后加入增韧剂，在100-200r/min的转速下混合搅拌2min，得到浆体，将浆体注入20×20×20mm以及20×20×80mm的模具中成型，在20-25℃、相对湿度为90％-95％的条件下养护30h，脱模，在室温条件下养护3-28d，即得。
实施例7
一种苯丙乳液增韧地聚合物，包括如下重量份的原料：
100份硅铝质原料(偏高岭土)，70份碱激发剂，2份增韧剂；
所述碱激发剂的制备方法：将20份的氢氧化钠与80份的模数为3.4的水玻璃溶液混合搅拌至氢氧化钠固体全部溶解，再静置24h后，得到碱激发剂。
所述增韧剂的制备方法：往50份苯丙乳液中加入6份硅烷偶联剂KH-560，在60℃下混合反应，即得。
上述苯丙乳液增韧地聚合物的制备方法：按重量份将硅铝质原料和碱激发剂在10-50r/min的转速下混合搅拌2min，然后加入增韧剂，在100-200r/min的转速下混合搅拌2min，得到浆体，将浆体注入20×20×20mm以及20×20×80mm的模具中成型，在20-25℃、相对湿度为90％-95％的条件下养护30h，脱模，在室温条件下养护3-28d，即得。
实施例8
一种苯丙乳液增韧地聚合物，包括如下重量份的原料：
100份硅铝质原料(偏高岭土)，70份碱激发剂，0.5份增韧剂；
所述碱激发剂的制备方法：将20份的氢氧化钠与80份的模数为3.4的水玻璃溶液混合搅拌至氢氧化钠固体全部溶解，再静置24h后，得到碱激发剂。
所述增韧剂的制备方法：往50份苯丙乳液中加入6份硅烷偶联剂KH-792，在60℃下混合反应，即得。
上述苯丙乳液增韧地聚合物的制备方法：按重量份将硅铝质原料和碱激发剂在10-50r/min的转速下混合搅拌2min，然后加入增韧剂，在100-200r/min的转速下混合搅拌2min，得到浆体，将浆体注入20×20×20mm以及20×20×80mm的模具中成型，在20-25℃、相对湿度为90％-95％的条件下养护30h，脱模，在室温条件下养护3-28d，即得。
实施例9
一种苯丙乳液增韧地聚合物，包括如下重量份的原料：
100份硅铝质原料(偏高岭土)，70份碱激发剂，1份增韧剂；
所述碱激发剂的制备方法：将20份的氢氧化钠与80份的模数为3.4的水玻璃溶液混合搅拌至氢氧化钠固体全部溶解，再静置24h后，得到碱激发剂。
所述增韧剂的制备方法：往50份苯丙乳液中加入6份硅烷偶联剂KH-792，在60℃下混合反应，即得。
上述苯丙乳液增韧地聚合物的制备方法：按重量份将硅铝质原料和碱激发剂在10-50r/min的转速下混合搅拌2min，然后加入增韧剂，在100-200r/min的转速下混合搅拌2min，得到浆体，将浆体注入20×20×20mm以及20×20×80mm的模具中成型，在20-25℃、相对湿度为90％-95％的条件下养护30h，脱模，在室温条件下养护3-28d，即得。
实施例10
一种苯丙乳液增韧地聚合物，包括如下重量份的原料：
100份硅铝质原料(偏高岭土)，40份碱激发剂，0.5份增韧剂；
所述碱激发剂为模数3.4的水玻璃。
所述增韧剂的制备方法：往50份苯丙乳液中加入6份硅烷偶联剂A-151，在60℃下混合反应，即得。
上述苯丙乳液增韧地聚合物的制备方法：按重量份将硅铝质原料和碱激发剂在10-50r/min的转速下混合搅拌2min，然后加入增韧剂，在100-200r/min的转速下混合搅拌2min，得到浆体，将浆体注入20×20×20mm以及20×20×80mm的模具中成型，在20-25℃、相对湿度为90％-95％的条件下养护30h，脱模，在室温条件下养护3-28d，即得。
实施例11
一种苯丙乳液增韧地聚合物，包括如下重量份的原料：
100份硅铝质原料(偏高岭土)，50份碱激发剂，0.5份增韧剂；
所述碱激发剂的制备方法：将10份的氢氧化钠与90份的模数为3.4的水玻璃溶液混合搅拌至氢氧化钠固体全部溶解，再静置24h后，得到碱激发剂。
所述增韧剂的制备方法：往50份苯丙乳液中加入6份硅烷偶联剂A-151，在60℃下混合反应，即得。
上述苯丙乳液增韧地聚合物的制备方法：按重量份将硅铝质原料和碱激发剂在10-50r/min的转速下混合搅拌2min，然后加入增韧剂，在100-200r/min的转速下混合搅拌2min，得到浆体，将浆体注入20×20×20mm以及20×20×80mm的模具中成型，在20-25℃、相对湿度为90％-95％的条件下养护30h，脱模，在室温条件下养护3-28d，即得。
对比例
一种偏高岭土基地聚合物，包括如下重量份的原料：100份偏高岭土，70份碱激发剂(将20份的氢氧化钠与80份的模数为3.4的水玻璃混合搅拌至氢氧化钠固体全部溶解，再静置24h后，制得)。
制备方法：将偏高岭土和碱激发剂混合后慢速搅拌(转速为10～50r/min，时间为2min)，然后，快速搅拌(转速为100～200r/min，时间为2min)，制得浆体后，注入20×20×20mm以及20×20×80mm的模具中成型，在20℃、相对湿度95％的条件下养护24h，脱模，继续在室温条件下养护至3-28d。
产品性能检测：
韧性为材料或结构在受力荷载的作用下对折断的抵抗，从而达到破坏或失效时吸收能量的能力，是表征材料抵抗变形性能的重要指标，用能量法可以来表示，即应力-应变曲线或荷载-挠度曲线下的面积来表征。分别测试实施例1-11中的偏高岭土基地聚合物在养护3d和28d后的抗折强度、抗压强度以及导出荷载-挠度曲线，然后计算出的折压比以及韧性指数，结果如下表所示：
表1
Figure BDA0002101677990000081
由表1可以看出，与对比例相比，本发明采用硅烷偶联剂改性苯丙乳液为增韧剂，有效提高了地聚合物的力学性能，韧性明显增加，加入改性聚乙烯醇后地聚合物的折压比明显提高，韧性得到显著改善。
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，都属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种苯丙乳液增韧地聚合物，其特征在于，包括如下重量份的原料：100份硅铝质原料，35-80份碱激发剂，0.5-3份增韧剂；
所述碱激发剂由0-20份的氢氧化钠与80-100份的模数为1.2-3.4的水玻璃溶液混合而成；
所述增韧剂为硅烷偶联剂改性苯丙乳液。
2.如权利要求1所述的苯丙乳液增韧地聚合物，其特征在于，所述碱激发剂由20份的氢氧化钠与80份的模数为1.2-3.4的水玻璃溶液混合制备而成。
3.如权利要求1所述的苯丙乳液增韧地聚合物，其特征在于，所述增韧剂的制备方法：往50份苯丙乳液中加入6-8份硅烷偶联剂，在50-80℃下混合反应，即得。
4.如权利要求3所述的苯丙乳液增韧地聚合物，其特征在于，所述硅烷偶联剂选自A-151、KH-560或KH-792中的任意一种。
5.如权利要求1至4任一项所述的苯丙乳液增韧地聚合物，其特征在于，所述硅铝质原料选自偏高岭土、煤矸石、粉煤灰或矿渣中的任意一种。
6.权利要求1至5任一项所述苯丙乳液增韧地聚合物的制备方法，其特征在于，按重量份将硅铝质原料和碱激发剂在10-50r/min的转速下混合搅拌均匀，然后加入增韧剂，在100-200r/min的转速下混合搅拌成浆体，将浆体注入模具中成型，养护，脱模后，在室温条件下继续养护3-28d，即得。
7.如权利要求6所述苯丙乳液增韧地聚合物的制备方法，其特征在于，脱模前的养护方法是：在20-70℃、相对湿度为90％-95％的条件下养护20-40h。
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