CN110317035A - 有机乳液包覆磷石膏颗粒增强矿物聚合物材料制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有机乳液包覆磷石膏颗粒增强矿物聚合物材料制备方法，该方法是利用铝质岩、高岭石、石英和碱硅酸盐溶液加碱激发剂混合制备矿物聚合物材料，并加入有机乳液包覆磷石膏颗粒增强体，其构成使得该矿物聚合物材料的相关性能大幅提升。本发明利用有机乳液包覆磷石膏颗粒增强铝质岩矿物聚合物材料，不仅成本较低廉、能耗低，且机乳液包覆磷石膏颗粒、铝质岩用量分别达30％以上，能够享受国家优惠政策；生产的矿物聚合物材料的抗压强度已超过普通混凝土(C10,C15)的强度；铝质岩来源丰富，生产工艺简单，整个制备过程有着较高的环境与经济效益，这些都将对铝质岩的资源化利用有意义。

Description

有机乳液包覆磷石膏颗粒增强矿物聚合物材料制备方法

技术领域

本发明涉及一种有机乳液包覆磷石膏颗粒增强矿物聚合物材料的配方及生产工艺，尤其是一种利用有机乳液包覆磷石膏颗粒增强体、铝质岩来制备聚合物材料的配方及其生产工艺。

背景技术

铝质岩是富含A12O3的沉积岩类，是A12O3含量及A12O3/SiO2比值达不到铝土矿要求的富铝岩石。铝质岩的化学成分复杂易变，主要成分是Al2O3、SiO2、Fe2O3、FeO、TiO2和H2O等。贵州修文等地铝质岩中主要含铝矿物为一水硬铝石，常含有高岭石和伊利石。铝质岩一般有鲕状、豆状等结构和葡萄状、块状、凝块状构造，有时成角砾状凝块结合体构造，具有层位稳定的特点，一般分布于碳酸盐岩侵蚀面之上。修文地区铝质岩主要为沉积型铝质岩，是富含氧化铝和铝硅酸盐矿物的化学沉积岩。而风化残余型铝质岩则为次要产出。

铝土矿开采过程中产生大量的铝质岩堆放不仅占有了大片土地，也会污染周围坏境。目前只有少量用来做耐火材料，而大部分废弃，造成资源的巨大浪费。因此解决铝质岩再利用问题是一个重点课题。

在本领域现有技术中，贵州大学申请的201310037280.9公开了一种锰渣制备矿物聚合物材料的生产工艺，先将锰渣、铝质岩、高岭土及氧化钙分别进行干燥并磨碎，对高岭土进行高温煅烧，再称取锰渣20g、铝质岩15g、煅烧后的高岭土5g、石英砂6g、氧化钙4.6g，将固体均匀混合；称取固体碱激发剂4.6g，用自来水17g溶解，再加入水玻璃8.8g，将液体充分混合；固液混合搅拌均匀后浇注在成型模具并振动成型，后期要对成型的产品进行加温养护。该方案采用废弃的锰渣制备矿物聚合物材料，将原来的工业废料积极开发、充分利用，经过简单生产工艺，生产出性能优异、可替代部分建筑材料的聚合物材料。

又有，贵州大学申请的201410519564.6公开了一种浸渍法制备铝质岩矿物聚合物有机-无机复合材料的方法，该方法配制含有0.3％固化剂的有机溶液，将所述铝质岩矿物聚合物干燥冷却后浸没在该有机溶液中常温常压浸渍4d-6d后取出，在80℃-120℃下预聚2h后快速冷却至室温，然后在50℃-80℃条件下聚合24h-48h，再置于80℃-120℃条件下保持2h使其反应完全，即制得铝质岩矿物聚合物基有机-无机复合材料。利用铝质岩制备的矿物聚合物材料成本较低廉、能耗低，这种铝质岩聚合物经有机溶液浸渍后获得的有机-无机复合材料的抗压强度超过普通混凝土(＞C30等)的强度，能利用于制备功能材料如陶瓷材料、高强度建筑板材及高强度增韧材料等。

又有，贵州大学申请的201310037279.6公开了一种铝质岩制备矿物聚合物材料的配方及利用该配方制备矿物聚合物材料的生产工艺，该配方中按质量计算，配比为铝质岩∶高岭土∶石英砂＝1∶0.45∶0.43；该配方中还加入了水玻璃、碱激发剂、氢氧化钙及水；该配方的组分固液比为2.0～2.2之间，液相物质包括水玻璃和作为溶剂的水，其中水玻璃的加入量占液相质量的50％；碱激发剂的加入量占液相质量的8.0％，氢氧化钙的加入量则占碱激发剂质量的20.0％。通过该方案的配方及生产工艺，将铝质岩制备成矿物聚合物，使之能够再利用，避免了资源的浪费，同时避免了污染环境，也解决了铝土矿堆放占用土地的问题。

但以上方案中，未能提出有机乳液包覆磷石膏颗粒增强铝质岩聚合物材料的制备方法的有关技术启示，因此，研发一种利用有机乳液包覆磷石膏颗粒增强铝质岩矿物聚合物材料的配方及其生产工艺技术，利用铝质岩、高岭石、石英和碱硅酸盐溶液混合制备矿物聚合物材料，其中加入有机乳液包覆磷石膏颗粒增强体，其构成使得该矿物聚合物材料的相关性能大幅提升。而且可以使磷石膏、铝质岩充分资源化利用，这不仅能提高经济效益还能保护生态环境。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用有机乳液包覆磷石膏颗粒增强铝质岩矿物聚合物材料的配方及其生产工艺，使得有机乳液包覆磷石膏微晶颗粒、铝质岩充分资源化利用，这不仅能提高经济效益还能保护生态环境。生产的聚合物材料不仅成本低，而且性能优越，可部分代替建筑材料、陶瓷材料及高分子材料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明是一种有机乳液包覆磷石膏颗粒增强矿物聚合物材料制备方法，该方法是利用铝质岩、高岭石、石英和碱硅酸盐溶液加碱激发剂混合制备矿物聚合物材料，并加入有机乳液包覆磷石膏颗粒增强体，其构成使得该矿物聚合物材料的相关性能大幅提升。

其原料包括固相部分和液相部分；固相部分包括：铝质岩、高岭土、石英砂、有机乳液包覆磷石膏颗粒增强体和氢氧化钙；液相部分包括水玻璃、碱激发剂和纯净水；按重量计算，固液比为2.0～2.2之间。

有机乳液包裹磷石膏微晶体颗粒增强矿物聚合物材料的生产制备过程是这样的：先将铝质岩、高岭土、石英砂及氢氧化钙分别进行干燥并磨碎，然后将固体按其物料配比铝质岩:高岭土:石英砂＝1:0.5:0.5均匀混合；按铝质岩加入量的1:1加入有机乳液包裹磷石膏微晶体颗粒增强体(亦可根据产品设计的目的而改变其增强体增加比例)后均匀混合；选择固液比约为2.0～2.2，液相其中水玻璃加入量约占液相总质量的40％～50％，碱激发剂(溶解的氢氧化钠)的加入量占液相的8.0％～10％。剩余为纯净水的添加量。氢氧化钙的加入量则为碱激发剂质量的20.0％。最后进行固液混合，搅拌均匀后浇注在300×300×10mm模具中，并在混凝土振动台上振动成型，振动要直到没有气泡放出为止，时间约为5～10min，最终制备成的块状聚合物材料。后期要对成型的产品进行常温养护，温度约25℃～25℃，时间在1d～30d，所制得的聚合物材料强度达最高，约为31.86MPa～50MPa。

对固相部分：要先将铝质岩、高岭土及石英砂分别进行干燥并磨碎至100目，再对高岭土进行高温煅烧(煅烧温度为750±10℃，时间为6h)，按比例加入铝质岩、高岭土、石英砂及有机乳液包覆磷石膏颗粒；氢氧化钙的加入量则占碱激发剂质量的20.0％，最后将固体均匀混合。

对液相部分：固液比为2.0～2.2，水玻璃约占液相总质量的40％～50％，纯净水溶解的碱激发剂(氢氧化钠)为8.0％～10％，其余为纯净水部分，将液体充分混合。最后进行固液混合，搅拌均匀后浇注在模具中，并在混凝土振动台上振动成型，振动要直到没有气泡放出为止，时间约为5-10min。后期要对成型的产品进行加温养护，温度约25℃～25℃，时间在1d-30d。

本生产工艺下产品形成过程：铝质岩等原料在碱激发剂的作用下，硅铝组分溶解，分散的铝硅酸盐被凝胶层粘接，经过重新组合，形成牢固紧密的硅氧四面体和铝氧四面体的三维网状结构，从而形成具有特定结构性能的矿物聚合物材料。其中铝质岩的加入是用来补充锰渣成分中铝和硅的不足，以有效提高聚合物材料的抗压强度；煅烧后的高岭土能使溶解的硅铝组分活化，以形成C-S-H凝胶；石英砂的主要作用是在骨料中发挥其骨架作用；氢氧化钙则是为了提高制品的抗压强度；而添加水玻璃的目的是调节体系中钠硅比值，为铝硅酸盐聚合反应提供强碱性环境。

有机乳液包覆磷石膏颗粒的加入，则主要起到增强聚合物材料相关性能的作用：一为增强聚合物抗压强度，使矿物聚合物抗压强度可达到＞50MPa以上；其次使聚合物材料的韧性得到大幅提升。因有机乳液包覆磷石膏颗粒所包裹的有机乳液干燥后，具有较高强度及韧性，尤其韧性强，导致增强后铝质岩矿物聚合物在遭受应力作用时，其中增强体会导致断裂发育程度、发展方向会发生变化，导致聚合物韧性得到改善及加强。

加入聚合物材料后使，其聚合物韧性得到提升，抗弯强度增加2倍以上。

30d后，要对成品进行物理性能测试，包括压、抗弯强度、干体积密度、含水率、吸水率及耐酸性测定。

与现有技术相比，利用有机乳液包覆磷石膏颗粒增强铝质岩矿物聚合物材料，不仅成本较低廉、能耗低，且机乳液包覆磷石膏颗粒、铝质岩用量分别达30％以上，能够享受国家优惠政策；生产的矿物聚合物材料的抗压强度已超过普通混凝土(C10,C15)的强度；铝质岩来源丰富，生产工艺简单，整个制备过程有着较高的环境与经济效益，这些都将对铝质岩的资源化利用有意义。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。其中涉及的数值或数值比例如固液比等，如未注明均指重量数值或重量比例。

本发明的实施例：先将铝质岩、高岭土分别进行干燥并磨碎至100目，再对高岭土进行高温煅烧(煅烧温度为750℃，时间为6h)，再称取铝质岩质量为42g、煅烧后的高岭土20g、石英砂18g，然后将固体均匀混合；接着称取相应质量的固体碱激发剂12.0g，氢氧化钙的加入量则占碱激发剂质量20.0％为2.4g。用自来水75.0g使其溶解，再加入水玻璃75.0g，将液体充分混合；按铝质岩加入的质量比例，相同比例加入机乳液包覆磷石膏颗粒42g。最后进行固液混合，搅拌均匀后浇注在模具中，并在混凝土振动台上振动成型，振动要直到没有气泡放出为止，时间约为5min。后期要对成型的产品进行常温养护，温度25℃左右。

30天后，对产品进行物理性能测试，主要包括抗压强度、抗弯强度、干体积密度、含水率、吸水率及耐酸性等，得出其最佳抗压强度为44.12MPa，抗弯强度为8.66MPa，干体积密度为1320.0Kg/m³，含水率为2.28％，吸水率为5.40％，耐酸腐蚀率为13.73％。这些指标表明产品性能优越，可代替部分建筑材料，为铝质岩资源化利用提供强有力技术支撑。同时，这些指标与201310037279.6的方案获得的产品横向对比，性能有大幅提升。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种有机乳液包覆磷石膏颗粒增强矿物聚合物材料制备方法，其特征在于：该方法是利用铝质岩、高岭石、石英和碱硅酸盐溶液加碱激发剂混合制备矿物聚合物材料，并加入有机乳液包覆磷石膏颗粒增强体，其构成使得该矿物聚合物材料的相关性能大幅提升。

2.根据权利要求1所述的有机乳液包覆磷石膏颗粒增强矿物聚合物材料制备方法，其特征在于：其原料包括固相部分和液相部分；固相部分包括：铝质岩、高岭土、石英砂、有机乳液包覆磷石膏颗粒增强体和氢氧化钙；液相部分包括水玻璃、碱激发剂和纯净水；按重量计算，固液比为2.0～2.2之间。

3.根据权利要求2所述的有机乳液包覆磷石膏颗粒增强矿物聚合物材料制备方法，其特征在于：按质量计算，其物料配比为铝质岩:高岭土:石英砂:有机乳液包覆磷石膏颗粒增强体＝1:0.5:0.5:1；液体中的水玻璃的加入量为液相质量的40％～50％，碱激发剂的加入量占液相的8.0％～10％，剩余为纯净水的添加量；氢氧化钙的加入量则为碱激发剂质量的20.0％。

4.根据权利要求2或3所述的有机乳液包覆磷石膏颗粒增强矿物聚合物材料制备方法，其特征在于：分别制备固相混合物和液相混合物，然后进行固液混合，搅拌均匀后浇注在模具中，并在混凝土振动台上振动成型，振动要直到没有气泡放出为止，时间为5～10min，最终制备成的块状聚合物材料。

5.根据权利要求4所述的有机乳液包覆磷石膏颗粒增强矿物聚合物材料制备方法，其特征在于所述固相混合物的制备是先将铝质岩、高岭土、石英砂及氢氧化钙分别进行干燥并磨碎，然后将固体按其物料配比均匀混合；按铝质岩加入量的1:1加入有机乳液包裹磷石膏微晶体颗粒增强体后均匀混合得到；液相混合物的制备是将水玻璃、用纯净水溶解的碱激发剂和纯净水一起充分混合得到。

6.根据权利要求4所述的有机乳液包覆磷石膏颗粒增强矿物聚合物材料制备方法，其特征在于：所述有机乳液包覆磷石膏颗粒增强体是利用有机乳液，采用物理搅动包覆及物理喷雾包覆方法，对磷石膏微晶体进行包覆进而得到；所述有机乳液包括苯丙乳液、硅丙乳液和纯丙乳液。

7.根据权利要求6所述的有机乳液包覆磷石膏颗粒增强矿物聚合物材料制备方法，其特征在于：所述苯丙乳液为苯乙烯-丙烯酸酯乳液，所述硅丙乳液为有机硅改性丙烯酸脂乳液，所述纯丙乳液是由多种丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯，丙烯酸酯类以及功能性助剂多元聚共聚而成的乳液。

8.根据权利要求6所述的有机乳液包覆磷石膏颗粒增强矿物聚合物材料制备方法，其特征在于：有机乳液包裹磷石膏微晶体颗粒增强体的制备是通过造粒、物理搅拌包覆、物理喷雾包覆过程完成对磷石膏微晶体的包覆过程。

9.根据权利要求6中任意一项所述的有机乳液包覆磷石膏颗粒增强矿物聚合物材料制备方法，其特征在于：制备固相混合物时先将铝质岩、高岭土、石英砂及氢氧化钙磨碎至粒度为100目，高岭土要进行高温煅烧后，再进行混合；煅烧温度为750±10℃，时间为6h。