CN115231888B - 一种有机-无机复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种有机-无机复合材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种有机‑无机复合材料及其制备方法和应用，属于建筑材料技术领域。本发明通过对固废复合粉、热塑性塑料和水的用量的控制及活性组分的限定，使得粉煤灰中部分的活性二氧化硅和三氧化二铝，在电石渣提供的碱性条件以及在脱硫石膏中的SO4 2‑的激发下，与水反应生成了水化硅铝酸盐。生成的水化硅铝酸盐在热压过程中部分结晶水变为水蒸气释放，在复合材料中形成大量的孔洞，使得复合材料具有了轻质的特点。并且剩余结晶水会在高温干燥条件下释放出来，进而赋予有机‑无机复合材料缓解环境热效应的功能；在低温潮湿状态下，粉煤灰中未反应的活性二氧化硅和三氧化二铝发生水化反应，释放出热量，从而实现调节环境温度的目的。

Description

一种有机-无机复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种有机-无机复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
墙体装饰是建筑工程的一个重要环节，具有丰富建筑造型，改善室内亮度等作用。目前，人们常用的墙体装饰材料包括：硅藻泥、墙纸、装饰板、墙布。其中装饰板包括木质装饰人造板、树脂浸渍纸高压装饰层积板、塑料装饰板、金属装饰板、矿物装饰板、陶瓷装饰壁画、穿孔装饰吸音板、植绒装饰吸音板等。但是上述装饰板均不具备调节环境温度的功能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有机-无机复合材料及其制备方法和应用，本发明制备的有机-无机复合材料用作墙体装饰材料，具备调节环境温度的功能。
本发明提供了一种有机-无机复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将固废复合粉、热塑性塑料和水混合，进行水化反应，将得到的水化反应产物进行热压，得到所述有机-无机复合材料；所述固废复合粉包括粉煤灰、电石渣和脱硫石膏；所述粉煤灰、电石渣和脱硫石膏的质量比为7:3:1；所述粉煤灰中二氧化硅的质量含量为45～60％，三氧化二铝的质量含量为20～35％；
以质量份数计，所述固废复合粉为50～70份，所述热塑性塑料为30～50份，所述水为10～40份。
优选的，所述固废复合粉的粒径小于15μm，所述热塑性塑料的粒径为100～300目。
优选的，所述热塑性塑料包括聚乙烯。
优选的，电石渣中氢氧化钙的含量不低于70％；脱硫石膏中二水硫酸钙的质量含量不低于90％。
优选的，所述混合的时间为20～40min，所述混合时的搅拌速度为80～200r/min。
优选的，所述水化反应的时间为24～48h。
优选的，所述热压的温度为165～175℃，时间为30～60min。
优选的，所述热压的压力为2～4MPa。
本发明还提供了上述方案所述制备方法制备的有机-无机复合材料，包括水化硅铝酸盐和热塑性塑料。
本发明还提供了上述方案所述有机-无机复合材料在装饰墙体中的应用。
本发明提供了一种有机-无机复合材料的制备方法，包括以下步骤：将固废复合粉、热塑性塑料和水混合，进行水化反应，将得到的水化反应产物进行热压，得到所述有机-无机复合材料；所述固废复合粉包括粉煤灰、电石渣和脱硫石膏；所述粉煤灰、电石渣和脱硫石膏的质量比为7:3:1；所述粉煤灰中二氧化硅的质量含量为45～60％，三氧化二铝的质量含量为20～35％；以质量份数计，所述固废复合粉为50～70份，所述热塑性塑料为30～50份，所述水为10～40份。本发明通过对固废复合粉、热塑性塑料和水的用量的控制及活性组分的限定，使得粉煤灰中部分的活性二氧化硅和三氧化二铝，在电石渣提供的碱性条件以及在脱硫石膏中的SO4 2-的激发下，与水反应生成了水化硅铝酸盐。生成的水化硅铝酸盐在热压过程中部分结晶水变为水蒸气释放，在复合材料中形成大量孔洞，使得复合材料具有了轻质的特点，剩余结晶水在高温干燥(温度为30～50℃，湿度低于30％)条件下会吸收热量从而释放出来，进而赋予有机-无机复合材料缓解环境热效应的功能；在低温潮湿(温度为15～30℃，湿度高于50％)状态下，粉煤灰中未反应的活性二氧化硅和三氧化二铝发生水化反应，释放出热量，从而实现调节环境温度的目的。
本发明的制备方法实现了固废资源的综合利用，保护了生态环境；并通过将固废复合粉中粉煤灰、电石渣和脱硫石膏的含量控制在上述范围，与热塑性材料一起共同提高了有机-无机复合材料的强度。
附图说明
图1为对比例1有机-无机复合材料SEM分析图；
图2为实施例2有机-无机复合材料SEM分析图；
图3为对比例1有机-无机复合材料的测量实图；
图4为实施例2有机-无机复合材料的测量实图；
图5为实施例1有机-无机复合材料的热重分析图；
图6为实施例2有机-无机复合材料的热重分析图；
图7为实施例2有机-无机材料的透射电镜分析图。
具体实施方式
本发明提供了一种有机-无机复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将固废复合粉、热塑性塑料和水混合，进行水化反应，将得到的水化反应产物进行热压，得到所述有机-无机复合材料；所述固废复合粉包括粉煤灰、电石渣和脱硫石膏；所述粉煤灰、电石渣和脱硫石膏的质量比为7:3:1；所述粉煤灰中二氧化硅的质量含量为45～60％，三氧化二铝的质量含量为20～35％；
以质量份数计，所述固废复合粉为50～70份，所述热塑性塑料为30～50份，所述水为10～40份。
在本发明中，以质量份数计，所述固废复合粉优选为50～70份，更优选为55～60份，热塑性塑料优选为30～50份，更优选为45～48份，水优选为10～40份，更优选为20～30份。在本发明中，所述固废复合粉的粒径优选小于15μm，更优选为5～10μm，进一步优选为6～8μm。所述固废复合粉包括粉煤灰、电石渣和脱硫石膏；所述粉煤灰、电石渣和脱硫石膏的质量比为7:3:1。在本发明中，所述粉煤灰中二氧化硅的质量含量为45～60％，优选为50～55％；三氧化二铝的质量含量为20～35％，优选为25～30％；电石渣中氢氧化钙的含量优选不低于70％，更优选为80～95％，进一步优选为85～90％；脱硫石膏中二水硫酸钙的质量含量不低于90％，更优选为95～98％。在本发明中，所述热塑性塑料的粒径优选为100～300目，更优选为150～200目。所述热塑性塑料优选包括聚乙烯。本发明对于所述固废复合粉的制备方法没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方案混合均匀即可。本发明通过对固废复合粉、热塑性塑料和水的用量的调整及活性组分的限定，使得粉煤灰中部分的活性二氧化硅和三氧化二铝，在电石渣提供的碱性条件以及在脱硫石膏中的SO4 2-的激发下，与水反应生成了水化硅铝酸盐。
在本发明中，所述混合的时间优选为20～40min，更优选为30～35min；所述混合时的搅拌速度优选为80～200r/min，更优选为100～150r/min，进一步优选为120～130r/min。在本发明中，所述混合优选在搅拌混合机中进行。在本发明中，所述水化反应的时间优选为24～48h，更优选为30～40h，进一步优选为35～38h；所述水化反应的温度优选为室温。本发明优选将混合所得混合物料取出装袋陈化进行水化反应。
在本发明中，所述热压的温度优选为165～175℃，更优选为170℃；时间优选为30～60min，更优选为40～50min，进一步优选为45～48min；所述热压的压力为优选2～4MPa，更优选为3～3.5MPa。在本发明中，所述热压优选在模具中进行；所述模具优选为板材模具。在热压条件下，PE粉熔化将无机材料粘接在一起，同时水化硅铝酸盐中部分结晶水变为水蒸气释放，进而使得复合板材具有大量的孔洞，从而使有机-无机复合材料具有低密度的特性。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的有机-无机复合材料，包括水化硅铝酸盐和热塑性塑料。所述有机-无机复合材料优选为板材。
粉煤灰中部分的活性二氧化硅和三氧化二铝，在电石渣提供的碱性条件以及在脱硫石膏中的SO4 2-的激发下，与水反应生成了水化硅铝酸盐。生成的水化硅铝酸盐在高温干燥条件下会将其中的结晶水释放出来，缓解环境热效应。其原理如下：
Figure BDA0003814616080000041
在低温潮湿状态下，粉煤灰中未反应的活性二氧化硅和三氧化二铝发生水化反应，释放出热量，从而实现调节环境温度的目的。其原理如下：
CaO+H2O＝Ca(OH)2
Ca(OH)2+nSiO2+mAl2O3＝nCaO·SiO2·yH2O+mCaO·Al2O3·yH2O
同时，本发明实现了固废资源的综合利用，保护了生态环境；并通过对粉煤灰、电石渣和脱硫石膏重量份数的调整，提高了有机-无机复合材料的强度。
本发明还提供了上述技术方案所述有机-无机复合材料在装饰墙体中的应用。本发明的有机-无机复合材料在装饰墙体时利用水在水化反应中的迁移方向及水为一种廉价的相变材料，在高低温条件下可存储及释放热量，节能环保，降低了成本，同时具有轻质、低密度的特点。
为了进一步说明本发明，下面结合附图和实施例对本发明提供的有机-无机复合材料及其制备方法和应用进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1～3及对比例1中所用的粉煤灰、电石渣和脱硫石膏的主要组分及含量如表1所示：
表1实施例1～3及对比例1中所用的粉煤灰、电石渣和脱硫石膏的主要组分及质量含量
Figure BDA0003814616080000042
Figure BDA0003814616080000051
实施例1
将70kg固废复合粉(固废复合粉由粉煤灰70份、电石渣30份、脱硫石膏10份组成)、30kg PE粉和25kg水加入搅拌速度为80r/min的搅拌混合机中混合40min，然后从搅拌混合机中将混合物料取出装袋，室温下陈化24h进行水化反应，再次搅拌，注入模具，热压成型，得到有机-无机复合板材。其中，热压的温度为170℃，压力为4MPa，时间为40min。
实施例2
将70kg固废复合粉(固废复合粉由粉煤灰70份、电石渣30份、脱硫石膏10份组成)、30kg PE粉和40kg水加入搅拌速度为80r/min的搅拌混合机中混合40min，然后从搅拌混合机中将混合物料取出装袋，室温下陈化24h进行水化反应，再次搅拌，注入模具，热压成型，得到有机-无机复合板材。其中，热压的温度为170℃，压力为4MPa，时间为40min。
实施例3
将70kg固废复合粉(固废复合粉由粉煤灰70份、电石渣30份、脱硫石膏10份组成)、30kgPE粉和30kg水加入搅拌速度为80r/min的搅拌混合机中混合40min，然后从搅拌混合机中将混合物料取出装袋，室温下陈化24h，再次搅拌，注入模具，热压成型，得到有机-无机复合板材。其中，热压的温度为170℃，压力为4MPa，时间为40min。
对比例1
将70kg粉煤灰、30kg PE粉加入搅拌速度为80r/min的搅拌混合机中混合40min，然后从搅拌混合机中将混合物料取出装袋，室温下陈化24h，再次搅拌，注入模具，热压成型，得到有机-无机复合板材。其中，热压的温度为170℃，压力为4MPa，时间为40min。
测量实施例1～2及对比例1的有机-无机复合材料密度及弯曲强度，结果如表1所示。
表2实施例1～2及对比例1的有机-无机复合材料密度及弯曲强度
检测项目 对比例1 实施例1 实施例2 实施例3
密度(g/cm<sup>3</sup>) 1.75 1.36 1.20 1.28
弯曲强度/MPa 9 18.2 17.9 18
由表2可知，水的加入使得有机-无机复合材料的密度均有所下降，达到了轻质的特点，并且弯曲强度有了明显的提高。
将对比例1、实施例2的有机-无机复合材料分别进行SEM分析，结果如图1和图2所示。由图1～2可知，不加水的复合材料并无明显的孔洞，结构较为紧致，而加水微发泡的复合材料出现了较多的孔洞。
将对比例1、实施例2的有机-无机复合材料分别进行测量分析，结果如图3和图4所示。由图3～4可知，不加水的复合板材厚度为0.36mm，且板材断面结构紧致密实，而加水微发泡的复合板材高度为0.45mm，且板材断面结构较为疏松，具有较多的小孔洞。
对实施例1～2的有机-无机复合材料进行热重分析，结果如图5～6所示。由图5～6可知，实施例1～2有机-无机复合材料中的水化硅铝酸盐产物在25～200℃和700～900℃条件下存在失水现象。说明即使在170℃热压生产复合板材过程中，固废基微发泡相变复合板材产品中依旧存在结晶水。这说明，本发明的有机-无机复合材料装饰墙体后，在高温条件下释放结晶水，达到降低环境温度的特点。同时，在低温状态下，固废复合粉会与水发生水化反应，从而提高环境温度。
对实施例2的有机-无机材料进行透射电镜分析，结果如图7所示。由图7可知，在170℃热压过程中，复合板材中依旧存在水化硅铝酸盐产物。本发明的有机-无机材料装饰墙体后，在高温条件下释放结晶水，达到降低环境温度的特点。同时，在低温状态下，固体复合粉会与水发生水化反应，从而提高环境温度。
对比例2～14
称取一定量的粉煤灰、电石渣、脱硫石膏作为复配胶凝料，置于混料机中混匀，称取一定量的水倒入混料机中，将物料搅拌制浆直至混合均匀无结块，倒入模具中进行标准养护(温度21℃、湿度90％)，测定其28d抗压强度，结果详见表3。
对比例2～14不同的仅是：粉煤灰、电石渣、脱硫石膏和水的用量不同。详见表3。
表3对比例2～14粉煤灰、电石渣、脱硫石膏和水的用量及28d抗压强度
Figure BDA0003814616080000071
由表3可知，当粉煤灰为210份，电石渣为90份，脱硫石膏为30份，体系的胶凝性能最佳。
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (7)

1.一种有机-无机复合材料的制备方法，其特征在于，步骤为：
将固废复合粉、热塑性塑料和水混合，进行水化反应，将得到的水化反应产物进行热压，得到所述有机-无机复合材料；所述固废复合粉包括粉煤灰、电石渣和脱硫石膏；所述粉煤灰、电石渣和脱硫石膏的质量比为7:3:1；所述粉煤灰中二氧化硅的质量含量为45～60％，三氧化二铝的质量含量为20～35％；
以质量份数计，所述固废复合粉为50～70份，所述热塑性塑料为30～50份，所述水为10～40份；
所述热压的温度为165～175℃，所述热压的压力为2～4MPa。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述固废复合粉的粒径小于15μm，所述热塑性塑料的粒径为100～300目。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述热塑性塑料包括聚乙烯。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述电石渣中氢氧化钙的含量不低于70％；脱硫石膏中二水硫酸钙的质量含量不低于90％。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合的时间为20～40min，所述混合时的搅拌速度为80～200r/min。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水化反应的时间为24～48h。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热压的时间为30～60min。
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