CN113213880B - 一种透明地聚合物材料及其制备方法 - Google Patents

一种透明地聚合物材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种透明地聚合物材料及其制备方法，所述地聚合物复合材料包含如下组分：包含如下组分：再生透明玻璃粉、水溶性树脂、纳米硅溶胶、纳米铝溶胶、可再分散乳胶粉、玻璃纤维、水玻璃、苛性碱、玻璃砂、减水剂、消泡剂、液体膨胀剂、固化剂和缓凝剂。本发明提供的透明地聚合物材料，能够合理利用废弃玻璃，并利用碱激发机理，激发再生透明玻璃粉的活性，复配以韧性材料得到具有一定透光性的地聚合物透明材料；与常规地聚合物材料相比，本发明具有强度高、韧性好、透光率高、防水等特点，且制备方法简单，可应用于建筑装饰、透明路面和光伏路面罩面层等。

Description

一种透明地聚合物材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种地聚合物及其制备方法，尤其涉及一种透明地聚合物材料及其制备方法。
背景技术
地聚合物材料是一种新型的胶凝材料，近年来，地聚合物的研究得到国内外学者的广泛关注。地聚合物是以富含二氧化硅、氧化铝的矿物为基质原材料，加入碱激活剂、减水剂等外加剂，在碱性环境下通过地聚反应而生成的无机硅铝材料。
随着我国科技的进步和社会的发展，高层、超高层建筑不断兴建，严重影响建筑物的自热采光。强度高、韧性好、具有一定透光性是未来建筑材料发展的趋势，2002年，匈牙利建筑师阿隆·罗索尼奇发明了一种可以透光的混凝土，这种透光混凝土是由大量的光学纤维和细集料、高流态的精致混凝土按一定的配方组合而成的；但其制作工艺复杂，且价格高昂。
常规地聚合物材料不透光、不透明，并且地聚合物材料在常温常压养护条件下，还存在一定的不足，如：早期强度低、韧性差、延性低、容易开裂等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种透明地聚合物材料及其制备方法，具有强度高、韧性好、透光率高、防水性能好等特点，且制备方法简单，并能合理利用废弃玻璃。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种透明地聚合物材料，包含如下组分：再生透明玻璃粉、水溶性树脂、纳米硅溶胶、纳米铝溶胶、可再分散乳胶粉、玻璃纤维、水玻璃、苛性碱、玻璃砂、减水剂、消泡剂、液体膨胀剂、固化剂和缓凝剂。
进一步的，各组分按重量份数配比如下：
Figure BDA0003076328330000011
Figure BDA0003076328330000021
进一步的，所述再生透明玻璃粉由建筑废弃玻璃经过破碎、研磨和筛分得到，细度为400-3000目，莫氏硬度为6.5-7.0；所述玻璃砂由废弃建筑玻璃和/或废弃玻璃瓶通过破碎、筛分、清洗制得，粒径为50-200目。
进一步的，所述液体膨胀剂的固含量为40-55％，由膨胀组分、保坍组分、减缩组分和水组成；所诉和膨胀组分为硫铝酸钙、硫酸镁、硫酸铝和硫酸铝钾中的一种或多种；所述保坍组分为聚羧酸保坍剂、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、葡萄糖酸钠、酒石酸和硼酸中的一种或多种；所述减缩组分为聚醇醚类有机物；所述膨胀组分的质量百分含量为15-30％，所述保坍组分的质量百分含量为5-15％，所述减缩组分的质量百分含量为5-20％，所述水的质量百分含量为45-60％。
进一步的，所述水溶性树脂为水溶性丙烯酸树脂、水溶性有机硅树脂、水溶性环氧树脂和水溶性聚氨酯树脂中的一种或多种，所述水溶性树脂的固含量35-65％。
进一步的，所述纳米硅溶胶为碱性透明粘稠状液体，颗粒粒径为5-20nm，固含量为30-50％；所述纳米铝溶胶为中性透明粘稠状液体，颗粒粒径为5-20nm，固含量为15-25％。
进一步的，所述减水剂为聚羧酸减水剂，固含量为40-50％，减水率为25-30％。
进一步的，所述水玻璃为钠水玻璃或钾水玻璃，模数为1.2-3.0，波美度为35-55°Bé。
进一步的，所述玻璃纤维的长度为3-12mm，单丝直径为10-500μm，弹性模量为50-100Gpa。
本发明为解决上述技术问题还提供一种上述透明地聚合物材料的制备方法，包括如下步骤：(1)首先配制制备透明地聚合物材料所需的碱性激发溶液，将水玻璃和苛性碱按预设重量份数与用水量的1/4在1000ml的烧杯中混合，用搅拌棒搅拌1-5min，直至苛性碱完全溶解，得到碱性激发溶液；在投入使用之前，将碱性激发溶液冷却至室温；(2)然后将用水量的1/2加入到砂浆搅拌机中，按预设的重量份数，把玻璃纤维均匀分散到水中，得到玻璃纤维溶液；(3)其次配制制备透明地聚合物材料所需的固化剂溶液，将固化剂按预设的重量份数与用水量的1/4在1000ml的烧杯中混合，用搅拌棒搅拌1-5min直至混合均匀，得到固化剂溶液；(4)再次配制制备透明地聚合物材料所需的硅铝质溶液，先将减水剂、液体膨胀剂、消泡剂、可再分散乳胶粉、缓凝剂加入到步骤(2)所配制的玻璃纤维溶液中，搅拌2-3min至均匀，然后加入水溶性树脂、纳米硅溶胶、纳米铝溶胶、再生透明玻璃粉和玻璃砂，继续搅拌2-3min至均匀，得到硅铝质溶液；(5)将步骤(1)配制的碱性激发溶液加入到硅铝质溶液中，搅拌2-3min至均匀，最后加入步骤(3)所配制的固化剂溶液，继续搅拌1-2min至均匀，得到透明地聚合物浆料。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的透明地聚合物材料，能够合理利用废弃玻璃，并利用碱激发机理，激发再生透明玻璃粉的活性，复配以韧性材料，得到一种新型的、强度高、韧性好、具有一定透光性的地聚合物透明材料；与常规地聚合物材料相比，本发明具有强度高、韧性好、透光率高、防水等特点，且制备方法简单，可应用于建筑装饰、透明路面和光伏路面罩面层等。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
本发明提供的透明地聚合物材料，包括以下重量份数：
Figure BDA0003076328330000031
Figure BDA0003076328330000041
所述再生透明玻璃粉细度为400-1000目，莫氏硬度为6.5-7.0，主要化学成分为SiO2、Na2SiO3、CaSiO3、Al2O3等，其是由建筑废弃玻璃破碎、研磨、筛分得到。
所述水溶性树脂为水溶性丙烯酸树脂、水溶性有机硅树脂、水溶性环氧树脂、水溶性聚氨酯树脂中的一种或多种，是透明粘稠状液体，固含量35-65％。
所述纳米硅溶胶为碱性透明粘稠状液体，主要成分为SiO2，颗粒粒径为5-20nm，固含量为30-50％。
所述纳米铝溶胶为中性透明粘稠状液体，主要成分为Al2O3，颗粒粒径为5-20nm，固含量为15-25％。
所述可再分散乳胶粉为水溶性白色粉末，具有可再分散性，与水接触时重新分散成乳液；其是由乙烯、醋酸乙烯、醋酸乙烯酯、叔碳酸乙烯、叔碳酸乙烯酯中的两种或多种共聚、喷雾、干燥而成，有效含量98-100％。
所述玻璃纤维的长度为3-12mm，单丝直径为10-500μm，弹性模量为50-100Gpa。
所述的水玻璃为钠水玻璃或钾水玻璃，为无色透明粘稠状液体，模数为1.2-3.0，波美度为35-55°Bé。
所述苛性碱为氢氧化钠或氢氧化钾，分析纯，有效含量为98％。
所述玻璃砂为废弃建筑玻璃、废弃玻璃瓶等通过破碎、筛分、清洗制得，为彩色透明或无色透明颗粒，粒径为50-200目。
所述的减水剂为聚羧酸减水剂，为无色透明液体，固含量为40-50％，减水率为25-30％。
所述消泡剂为聚醚消泡剂或有机硅消泡剂，有效含量为98％。
所述液体膨胀剂为无色透明液体，固含量为40-55％，由膨胀组分、保坍组分、减缩组分和水组成；其中膨胀组分为硫铝酸钙、硫酸镁、硫酸铝、硫酸铝钾中的一种或多种；保坍组分为聚羧酸保坍剂、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、葡萄糖酸钠、酒石酸、硼酸中的一种或多种；减缩组分为聚醇醚类有机物；膨胀组分为15-30％、保坍组分为5-15％、减缩组分为5-20％、水为45-60％。
所述固化剂为水性多胺类固化剂，是无色透明或淡黄色透明状液体，固含量为40-60％。
所述缓凝剂为酒石酸、柠檬酸钠、硼酸中的一种或多种，有效含量为98％。
本发明提供一种透明地聚合物材料的其制备方法，其制备步骤如下：
(1)首先配制制备透明地聚合物材料所需的碱性激发溶液，将15-35份水玻璃和5-10份苛性碱与用水量(水固比0.3-0.55)的1/4在1000ml的烧杯中混合，用搅拌棒搅拌1-5min，直至苛性碱完全溶解，得到碱性激发溶液；在投入使用之前，应将碱性激发溶液冷却至室温。
(2)然后将用水量的1/2加入到砂浆搅拌机中，把0.1-2份玻璃纤维均匀分散到水中，得到玻璃纤维溶液。
(3)其次配制制备透明地聚合物材料所需的固化剂溶液，将0.5-10份固化剂与用水量的1/4在1000ml的烧杯中混合，用搅拌棒搅拌1-5min直至混合均匀，得到固化剂溶液。
(4)再次配制制备透明地聚合物材料所需的硅铝质溶液，先将0.2-1份减水剂、2-5份液体膨胀剂、0.05-1份消泡剂、0.1-5份可再分散乳胶粉、0-2份缓凝剂加入到步骤(2)所配制的玻璃纤维溶液中，搅拌2-3min至均匀，然后加入5-30份水溶性树脂、5-15份纳米硅溶胶、5-15份纳米铝溶胶、10-40份再生透明玻璃粉、0-20份玻璃砂，继续搅拌2-3min至均匀，得到硅铝质溶液。
(5)将步骤(1)配制的碱性激发溶液加入到硅铝质溶液中，搅拌2-3min至均匀，最后加入步骤(3)所配制的固化剂溶液，继续搅拌1-2min至均匀，得到透明地聚合物浆料，将其倾倒入试模中，并移至标准养护箱中养护，1d后拆模；拆模后，先在30-50℃温度下蒸气养护4-8h，再在标准养护箱中养护至少28天。
实施例1
本实施例所提供的一种透明地聚合物材料，包括以下重量份数：
Figure BDA0003076328330000051
Figure BDA0003076328330000061
本实施例所提供的一种透明地聚合物材料，其制备方法包括以下步骤：
(1)首先配制制备透明地聚合物材料所需的碱性激发溶液，将15份水玻璃和5份苛性碱与用水量(水固比0.5)的1/4在1000ml的烧杯中混合，用搅拌棒搅拌1-5min，直至苛性碱完全溶解，得到碱性激发溶液；在投入使用之前，应将碱性激发溶液冷却至室温。
(2)然后将用水量的1/2加入到砂浆搅拌机中，把0.5份玻璃纤维均匀分散到水中，得到玻璃纤维溶液。
(3)其次配制制备透明地聚合物材料所需的固化剂溶液，将6份固化剂与用水量的1/4在1000ml的烧杯中混合，用搅拌棒搅拌1-5min直至混合均匀，得到固化剂溶液。
(4)再次配制制备透明地聚合物材料所需的硅铝质溶液，先将0.5份减水剂、5份液体膨胀剂、1份消泡剂、1份可再分散乳胶粉、1份缓凝剂加入到步骤(2)所配制的玻璃纤维溶液中，搅拌2-3min至均匀，然后加入20份水溶性树脂、5份纳米硅溶胶、5份纳米铝溶胶、25份再生透明玻璃粉、10份玻璃砂，继续搅拌2-3min至均匀，得到硅铝质溶液。
(5)将步骤(1)配制的碱性激发溶液加入到硅铝质溶液中，搅拌2-3min至均匀，最后加入步骤(3)所配制的固化剂溶液，继续搅拌1-2min至均匀，得到透明地聚合物浆料，将其倾倒入试模中，并移至标准养护箱中养护，1d后拆模；拆模后，先在30-50℃温度下蒸气养护4-8h，再在标准养护箱中养护至少28天。
实施例2
本实施例所提供的一种透明地聚合物材料，包括以下重量份数：
Figure BDA0003076328330000071
本实施例所提供的一种透明地聚合物材料，其制备方法包括以下步骤：
(1)首先配制制备透明地聚合物材料所需的碱性激发溶液，将15份水玻璃和5份苛性碱与用水量(水固比0.5)的1/4在1000ml的烧杯中混合，用搅拌棒搅拌1-5min，直至苛性碱完全溶解，得到碱性激发溶液；在投入使用之前，应将碱性激发溶液冷却至室温。
(2)然后将用水量的1/2加入到砂浆搅拌机中，把0.5份玻璃纤维均匀分散到水中，得到玻璃纤维溶液。
(3)其次配制制备透明地聚合物材料所需的固化剂溶液，将6份固化剂与用水量的1/4在1000ml的烧杯中混合，用搅拌棒搅拌1-5min直至混合均匀，得到固化剂溶液。
(4)再次配制制备透明地聚合物材料所需的硅铝质溶液，先将0.5份减水剂、5份液体膨胀剂、1份消泡剂、1份可再分散乳胶粉、1份缓凝剂加入到步骤(2)所配制的玻璃纤维溶液中，搅拌2-3min至均匀，然后加入15份水溶性树脂、10份纳米硅溶胶、10份纳米铝溶胶、20份再生透明玻璃粉、10份玻璃砂，继续搅拌2-3min至均匀，得到硅铝质溶液。
(5)将步骤(1)配制的碱性激发溶液加入到硅铝质溶液中，搅拌2-3min至均匀，最后加入步骤(3)所配制的固化剂溶液，继续搅拌1-2min至均匀，得到透明地聚合物浆料，将其倾倒入试模中，并移至标准养护箱中养护，1d后拆模；拆模后，先在30-50℃温度下蒸气养护4-8h，再在标准养护箱中养护至少28天。
实施例3
本实施例所提供的一种透明地聚合物材料，包括以下重量份数：
Figure BDA0003076328330000081
本实施例所提供的一种透明地聚合物材料，其制备方法包括以下步骤：
(1)首先配制制备透明地聚合物材料所需的碱性激发溶液，将15份水玻璃和5份苛性碱与用水量(水固比0.5)的1/4在1000ml的烧杯中混合，用搅拌棒搅拌1-5min，直至苛性碱完全溶解，得到碱性激发溶液；在投入使用之前，应将碱性激发溶液冷却至室温。
(2)然后将用水量的1/2加入到砂浆搅拌机中，把0.5份玻璃纤维均匀分散到水中，得到玻璃纤维溶液。
(3)其次配制制备透明地聚合物材料所需的固化剂溶液，将9份固化剂与用水量的1/4在1000ml的烧杯中混合，用搅拌棒搅拌1-5min直至混合均匀，得到固化剂溶液。
(4)再次配制制备透明地聚合物材料所需的硅铝质溶液，先将0.5份减水剂、5份液体膨胀剂、1份消泡剂、1份可再分散乳胶粉、1份缓凝剂加入到步骤(2)所配制的玻璃纤维溶液中，搅拌2-3min至均匀，然后加入30份水溶性树脂、6份纳米硅溶胶、6份纳米铝溶胶、10份再生透明玻璃粉、10份玻璃砂，继续搅拌2-3min至均匀，得到硅铝质溶液。
(5)将步骤(1)配制的碱性激发溶液加入到硅铝质溶液中，搅拌2-3min至均匀，最后加入步骤(3)所配制的固化剂溶液，继续搅拌1-2min至均匀，得到透明地聚合物浆料，将其倾倒入试模中，并移至标准养护箱中养护，1d后拆模；拆模后，先在30-50℃温度下蒸气养护4-8h，再在标准养护箱中养护至少28天。
对比例1
本对比例包括以下重量份数：
Figure BDA0003076328330000091
本对比例的制备方法包括以下步骤：
(1)首先配制对比例1所需的碱性激发溶液，将27份水玻璃和5份苛性碱与用水量(水固比0.5)的1/4在1000ml的烧杯中混合，用搅拌棒搅拌1-5min，直至苛性碱完全溶解，得到碱性激发溶液；在投入使用之前，应将碱性激发溶液冷却至室温。
(2)将0.5份减水剂、1份消泡剂、1.5份缓凝剂投入到搅拌机内并加入总用水量的1/2，搅拌2-3min至均匀，然后投入35份粉煤灰和30份矿粉，搅拌1-2min后加入步骤(1)配制的碱性激发剂溶液，继续搅拌1-2min，最后加入剩余的水后搅拌2-3min至均匀；将其倾倒入试模中，并移至标准养护箱中养护，1d后拆模；拆模后，先在30-50℃温度下蒸气养护4-8h，再在标准养护箱中养护至少28天。
对比例2
本对比例包括以下重量份数：
Figure BDA0003076328330000101
本对比例的制备方法包括以下步骤：
(1)首先制备对比例2所需的固化剂溶液，将20份固化剂与用水量的1/4在1000ml的烧杯中混合，用搅拌棒搅拌1-5min直至混合均匀，得到固化剂溶液。
(2)将0.5份减水剂、1份可再分散乳胶粉投入到搅拌机内并加入总用水量的1/2，搅拌2-3min至均匀，然后投入10份再生透明玻璃粉和18.5份玻璃砂，搅拌1-2min后，加入50份水溶性树脂和剩余的水，继续搅拌1-2min，最后加入步骤(1)配制的搅拌2-3min至均匀；将其倾倒入试模中，并移至标准养护箱中养护，1d后拆模；拆模后，先在30-50℃温度下蒸气养护4-8h，再在标准养护箱中养护至少28天。
参考标准JC/T 984-2011《聚合物水泥防水砂浆》、JC/T 2090-2011《聚合物水泥防水浆料》、JC/T 2217-2014《环氧树脂防水涂料》、GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》、GB/T 50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法》、GB/T2410-2008《透明塑料透光率和雾度的测定》等，分别测定实施例1-3和对比例1-2的28d抗压强度、28d粘结强度、收缩率、吸水率、柔韧性、透光率、抗冻性、耐热性。
实施例1-3和对比例1-2的各项性能如表1所示：
Figure BDA0003076328330000102
Figure BDA0003076328330000111
由上可见，本发明提供的透明地聚合物材料，以铝硅质矿物材料、纳米材料、纤维材料为主要原料，在碱性复合催化剂和化学外加剂的作用下，发生地聚反应，经过成型、养护、凝结和硬化后形成，大大提高了地聚合物材料的延性、韧性和抗裂性。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (6)

1.一种透明地聚合物材料，其特征在于，包含如下组分：再生透明玻璃粉、水溶性树脂、纳米硅溶胶、纳米铝溶胶、可再分散乳胶粉、玻璃纤维、水玻璃、苛性碱、玻璃砂、减水剂、消泡剂、液体膨胀剂、固化剂和缓凝剂；
所述水溶性树脂为水溶性丙烯酸树脂、水溶性有机硅树脂、水溶性环氧树脂和水溶性聚氨酯树脂中的一种或多种，所述水溶性树脂的固含量35-65%；
所述纳米硅溶胶为碱性透明粘稠状液体，颗粒粒径为5-20nm，固含量为30-50%；所述纳米铝溶胶为中性透明粘稠状液体，颗粒粒径为5-20nm，固含量为15-25%；
所述玻璃纤维的长度为3-12mm，单丝直径为10-500μm，弹性模量为50-100GPa；
各组分按重量份数配比如下：
再生透明玻璃粉 10-40份
水溶性树脂 5-30份
纳米硅溶胶 5-15份
纳米铝溶胶 5-15份
可再分散乳胶粉 0.1-5份
玻璃纤维 0.1-2份
水玻璃 15-35份
苛性碱 5-10份
玻璃砂 0-20份
减水剂 0.2-1份
消泡剂 0.05-1份
液体膨胀剂 2-5份
固化剂 0.5-10份
缓凝剂 0-2份。
2.如权利要求1所述的透明地聚合物材料，其特征在于，所述再生透明玻璃粉由建筑废弃玻璃经过破碎、研磨和筛分得到，细度为400-3000目，莫氏硬度为6.5-7.0；所述玻璃砂由废弃建筑玻璃和/或废弃玻璃瓶通过破碎、筛分、清洗制得，粒径为50-200目。
3.如权利要求1所述的透明地聚合物材料，其特征在于，所述液体膨胀剂的固含量为40-55%，由膨胀组分、保坍组分、减缩组分和水组成；所述膨胀组分为硫铝酸钙、硫酸镁、硫酸铝和硫酸铝钾中的一种或多种；所述保坍组分为聚羧酸保坍剂、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、葡萄糖酸钠、酒石酸和硼酸中的一种或多种；所述减缩组分为聚醇醚类有机物；所述膨胀组分的质量百分含量为15-30%，所述保坍组分的质量百分含量为5-15%，所述减缩组分的质量百分含量为5-20%，所述水的质量百分含量为45-60%。
4.如权利要求1所述的透明地聚合物材料，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂，固含量为40-50%，减水率为25-30%。
5.如权利要求1所述的透明地聚合物材料，其特征在于，所述水玻璃为钠水玻璃或钾水玻璃，模数为1.2-3.0，波美度为35-55ºBé。
6.如权利要求1-5任一项所述的透明地聚合物材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）首先配制制备透明地聚合物材料所需的碱性激发溶液，将水玻璃和苛性碱按预设重量份数与用水量的1/4在1000mL的烧杯中混合，用搅拌棒搅拌1-5min，直至苛性碱完全溶解，得到碱性激发溶液；在投入使用之前，将碱性激发溶液冷却至室温；
（2）然后将用水量的1/2加入到砂浆搅拌机中，按预设的重量份数，把玻璃纤维均匀分散到水中，得到玻璃纤维溶液；
（3）其次配制制备透明地聚合物材料所需的固化剂溶液，将固化剂按预设的重量份数与用水量的1/4在1000mL的烧杯中混合，用搅拌棒搅拌1-5min直至混合均匀，得到固化剂溶液；
（4）再次配制制备透明地聚合物材料所需的硅铝质溶液，先将减水剂、液体膨胀剂、消泡剂、可再分散乳胶粉、缓凝剂加入到步骤（2）所配制的玻璃纤维溶液中，搅拌2-3min至均匀，然后加入水溶性树脂、纳米硅溶胶、纳米铝溶胶、再生透明玻璃粉和玻璃砂，继续搅拌2-3min至均匀，得到硅铝质溶液；
（5）将步骤（1）配制的碱性激发溶液加入到硅铝质溶液中，搅拌2-3min至均匀，最后加入步骤（3）所配制的固化剂溶液，继续搅拌1-2min至均匀，得到透明地聚合物浆料。
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