CN115572182B - 一种缓释发泡轻质地聚物材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种缓释发泡轻质地聚物材料，组成按重量份数计如下：粉煤灰40‑50份、矿粉5‑10份、改性硅胶陶砂55‑60份、激发剂15‑20份、水10‑15份；所述改性硅胶陶砂按以下方式制备而来：将50‑55份陶砂和1‑3份硅胶水溶液搅拌混合均匀，常温晾干然后干燥箱干燥，使硅胶均匀分布于陶砂；在上述所得硅胶陶砂中，加入0.1‑0.5份双氧水搅拌混合均匀后得到改性硅胶陶砂；通过对发泡剂的预吸附，在不添加有机类表面活性剂的同时控制气泡，增大了轻质地聚物发泡材料的可操作性和力学性能，是一种新的控制调节轻质地聚物发泡材料气泡尺寸和分解速率的设计思路，同时本发明在低掺量发泡剂情况下，干密度和抗压强度结果明显优于使用表面活性剂。

Description

一种缓释发泡轻质地聚物材料及其制备方法

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种缓释发泡地聚物材料及其制备方法。

背景技术

轻质地聚物材料是在地聚物料浆中采用物理发泡或化学发泡方式制备的一种新型无机聚合物多孔材料。轻质地聚物材料结合了发泡材料的保温隔热、吸能防爆等优点和地聚物材料的高强、耐热、耐腐蚀等特性。地聚物的原料多为固体废弃物，碳排放量低、能耗少、环境污染小，是一种应用前景广阔的绿色节能材料。

轻质发泡地聚物中一般常用的发泡剂为铝粉和双氧水。铝粉在发泡过程中生成的铝酸盐会参与地聚物反应，改变体系中硅铝比，使凝结时间和工作性能不可控。产气率高、发泡效果更好的双氧水在催化后只生成氧气和水。因此双氧水作为地聚物泡沫混凝土发泡剂得到广泛的研究。现有研究中双氧水作为地聚物泡沫混凝土发泡剂，通过表面活性剂改变表面张力控制气泡尺寸(专利CN 114853395 A、CN 110642559 A等)。

然而作为表面活性剂的有机组分会降低地聚物材料的力学性能，同时表面张力的提升会使地聚物胶凝材料粘度增大严重影响工作性能。地聚物体系高碱度环境中，表面活性剂不能解决双氧水的分解速率过快问题。分解速率会极大限制了制备地聚物泡沫混凝土的可操作性，同时使胶凝材料固化时间相对过长，出现“塌模”现象。

发明内容

针对现有轻质地聚物发泡材料发泡剂双氧水分解速率过快影响地聚物性能的问题，本发明目的在于提供一种具有缓释发泡轻质地聚物发泡材料及其制备方法，通过对发泡剂的预吸附，在不添加有机类表面活性剂的同时控制气泡，增大了轻质地聚物发泡材料的可操作性和力学性能，是一种新的控制调节轻质地聚物发泡材料气泡尺寸和分解速率的设计思路，同时本发明在低掺量发泡剂情况下，干密度和抗压强度结果明显优于使用表面活性剂。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种缓释发泡轻质地聚物材料，其组成按重量份数计如下：

粉煤灰40-50份、矿粉5-10份、改性硅胶陶砂55-60份、激发剂15-20份、水10-15份。

按上述方案，所述粉煤灰为I级粉煤灰或者粉煤灰微珠。

按上述方案，所述矿粉为S95或以上矿粉。

按上述方案，所述改性硅胶陶砂按以下方式制备而来：

将50-55份陶砂和1-3份硅胶水溶液搅拌混合均匀，常温晾干然后干燥箱干燥，使硅胶均匀分布于陶砂；在上述所得硅胶陶砂中，加入0.1-0.5份双氧水搅拌混合均匀后得到改性硅胶陶砂。

按上述方案，所述陶砂为800级超轻密度碎石形黏土陶粒砂。

按上述方案，所述硅胶水溶液以H₂SiO₃计含量为36wt％。

按上述方案，所述激发剂为强碱和硅酸盐的混合；所述强碱为氢氧化钠，所述硅酸盐为硅酸钠；溶解配置成模数1.2，固含量50wt％。

按上述方案，所述发泡剂是双氧水。

上述缓释发泡轻质地聚物材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将激发剂加入粉煤灰、矿粉和水中搅拌混合均匀制得地聚物浆体，再将上述改性硅胶陶砂加入地聚物浆体中搅拌混合静置发泡；

(2)在80℃蒸汽养护条件下养护1d后拆模，然后放入自然养护条件下养护28d，得到发泡轻质地聚物材料。

相对于现有技术，本发明有益效果如下：

轻质地聚物发泡材料气泡尺寸是通过调节发泡的驱动力和阻力来实现的。在一定的分解条件下，发泡剂掺量和分解速率决定了发泡的驱动力。气泡长大过程中所受的阻力主要是由浆体的重力和表面张力决定。表面活性剂控制气泡尺寸的方法是从阻力方面来进行，通过增大表面张力的方式。在传统轻质材料制备中，通常加入有机类表面活性剂来增大气泡的表面张力，而本发明在控制气泡同时不需要有机类表面活性剂，增大了轻质地聚物发泡材料的可操作性和力学性能，提供了一种新的控制调节轻质地聚物发泡材料气泡尺寸和分解速率的设计思路。同时，本发明在低掺量发泡剂情况下，干密度和抗压强度结果明显优于使用表面活性剂。

本发明对陶砂进行硅胶化改造吸附双氧水起到在高碱度下的保护作用，缓解分解速率控制气泡尺寸，是从驱动力方面来进行。陶砂直接吸附双氧水作用力源自于分子间范德华力，而硅胶吸附双氧水中硅胶提供“吸氢”基团、双氧水提供“氢”基团，二者以结合力更强的“氢键”作用。硅胶在之前陶砂预处理过程中填充于陶砂的空隙中，当加入双氧水后包裹部分双氧水减少其在搅拌过程中与碱性地聚物浆体的接触面积，从而减缓了分解速率，减少了生成大泡的概率，间接减小了气泡尺寸。

具体实施方式

以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。

具体实施方式提供了一种缓释发泡轻质地聚物材料，其组成按重量份数计如下：

粉煤灰40-50份、矿粉5-10份、改性硅胶陶砂55-60份、激发剂15-20份、水10-15份。

具体地，所述粉煤灰为I级粉煤灰或者粉煤灰微珠。

具体地，所述矿粉为S95或以上矿粉。

具体地，所述改性硅胶陶砂按以下方式制备而来：

将50-55份陶砂和1-3份硅胶水溶液搅拌1h混合均匀，常温晾干10h，然后干燥箱80℃干燥1h，使硅胶均匀分布于陶砂；在上述所得硅胶陶砂中，加入0.1-0.5份发泡剂双氧水搅拌0.5h混合搅拌均匀后得到改性硅胶陶砂。

具体地，所述陶砂为800级超轻密度碎石形黏土陶粒砂。

具体地，所述硅胶水溶液以H₂SiO₃计含量为36wt％。

具体地，所述激发剂为强碱和硅酸盐的混合；所述强碱为氢氧化钠，所述硅酸盐为硅酸钠；溶解配置成模数1.2，固含量50wt％。

具体地，所述发泡剂是双氧水。

具体实施方式还提供了上述缓释发泡轻质地聚物材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将激发剂加入粉煤灰、矿粉和水中搅拌混合均匀制得地聚物浆体，再将上述改性硅胶陶砂加入地聚物浆体中搅拌混合静置发泡；

(2)在80℃蒸汽养护条件下养护1d后拆模，然后放入自然养护条件下养护28d，得到发泡轻质地聚物材料。

具体实施方式还提供了上述缓释发泡地聚物材料的制备方法：

(1)按原料质量份计，粉煤灰40-50份、矿粉5-10份、改性硅胶陶砂55-60份、激发剂15-20份、水10-15份。

(2)改性硅胶陶砂的制备：将陶砂和硅胶水溶液搅拌1h混合均匀，常温晾干10h，然后干燥箱80℃干燥1h，使硅胶均匀分布于陶砂；在上述所得硅胶陶砂中，加入发泡剂双氧水搅拌0.5h混合搅拌均匀后得到改性硅胶陶砂。

(3)激发剂的制备：将氢氧化钠和硅酸钠按模数1.2，按固含量50wt％的比例称取相应的水，利用配备油浴和冷凝管的集热式恒温加热磁力搅拌器进行加热搅拌，控制温度在110℃，搅拌时间为10min。配置完的激发剂需在40℃的温度下进行静置保存，以避免因为溶液过饱和洗出沉淀。

(4)激发剂加入粉煤灰、矿粉和水中搅拌混合3min混匀制得地聚物浆体，然后将改性硅胶陶砂加入浆体中继续搅拌5min，静停发泡30min。

(5)将成型好的浆体注入100mm×100mm×100mm的模具中，在80℃蒸汽养护条件下养护1d后拆模，然后放入自然养护条件下养护28d，即可得到泡沫地聚物，测得干密度和抗压强度。

实施例1

一种改性硅胶陶砂缓释发泡地聚物。

上述地聚物制备方法具体包括如下步骤：

(1)按原料质量份计，粉煤灰50份、矿粉5份、改性硅胶陶砂55份、激发剂20份、水12份。

(2)改性硅胶陶砂配置方法同上。

(3)激发剂配置方法同上。

(4)地聚物制备条件同上。

(5)养护条件同上，测得干密度689kg/m³和抗压强度10.2MPa。

实施例2

增大矿粉掺量的改性硅胶陶砂缓释发泡地聚物，制备方法具体包括如下步骤：

(1)按原料质量份计，粉煤灰40份、矿粉10份、改性硅胶陶砂60份、激发剂15份、水10份。

(2)改性硅胶陶砂配置方法同实施例1。

(3)激发剂配置方法同实施例1。

(4)地聚物制备条件同实施例1。

(5)养护条件同上，测得干密度705kg/m³和抗压强度11.3MPa。

实施例3

增大发泡剂用量的改性硅胶陶砂缓释发泡地聚物，制备方法具体包括如下步骤：

(1)按原料质量份计，粉煤灰50份、矿粉5份、改性硅胶陶砂60份、激发剂20份、水11份。

(2)改性硅胶陶砂配置方法同实施例1。

(3)激发剂配置方法同实施例1。

(4)地聚物制备条件同实施例1。

(5)养护条件同上，测得测得干密度673kg/m³和抗压强度8.7MPa。

对比实施例1

发泡剂直接发泡地聚物制备方法具体包括如下步骤：

(1)按原料质量份计，粉煤灰45份、矿粉5份、陶砂60份、硅胶水溶液3份、激发剂20份、发泡剂0.1份、水12份。

(2)将陶砂和硅胶水溶液搅拌1h混合均匀，常温晾干10h，然后干燥箱80℃干燥1h，使硅胶均匀分布于陶砂；

(3)激发剂配置方法同实施例1。

(4)将粉煤灰、矿粉混合均匀，然后加入激发剂，同时加入水搅拌3min混匀，然后将步骤2所得硅胶陶砂加入浆体继续搅拌5min，再加入双氧水搅拌2min混合搅拌均匀，静停发泡。

(5)样品直接塌模无法成型。

对比实施例2

无硅胶处理发泡地聚物制备方法具体包括如下步骤：

(1)按原料质量份计，粉煤灰45份、矿粉5份、陶砂60份、激发剂20份、发泡剂0.1份、水12份。

(2)将陶砂预处理浸泡达到饱和面干的状态后加入发泡剂双氧水搅拌0.5h混合搅拌均匀。

(3)激发剂配置方法同实施例1。

(4)将粉煤灰、矿粉混合均匀，然后加入激发剂，同时加入水搅拌3min混匀，然后将步骤2中准备的双氧水陶砂加入浆体继续搅拌5min，静停发泡。

(5)样品直接塌模无法成型。

对比实施例3

硬油酸酯作为表面活性剂，发泡剂直接发泡地聚物制备方法具体包括如下步骤：

(1)按原料质量份计，粉煤灰45份、矿粉5份、陶砂60份、激发剂20份、发泡剂0.1份、水11份、硬油酸酯0.1份。

(2)将陶砂进行预处理浸泡达到饱和面干的状态。

(3)激发剂配置方法同实施例1。

(4)将粉煤灰、矿粉、硬油酸酯混合均匀，然后加入激发剂，同时加入水搅拌3min混匀，然后将步骤(2)中准备的陶砂加入浆体继续搅拌5min，再加入发泡剂双氧水搅拌2min混合搅拌均匀，静停发泡。

(5)养护条件同上，测得测得干密度1106kg/m³和抗压强度5.3MPa。

将实施例2与实施例1相比由于矿粉掺量提升抗压强度有提升，但干密度增大。实施例3与实施例1相比，发泡剂用量更多，但抗压强度降低、干密度变化不大，这是因为双氧水分解速率变慢，0.1份发泡剂所用分解时间接近凝结硬化时间，0.5份发泡剂中超过部分在凝结硬化后失去起泡作用。将对比实施例1与实施例1相比，对比例中双氧水发泡剂在直接接触高碱度激发剂下，完全快速分解逸出，气泡逸出远早于凝结硬化时间，产生“塌模”。对比实施例3与实施例3相比，相同发泡剂掺量下，本发泡工艺过程干密度抗压强度都优于使用表面活性剂。对比实施例2与实施例1相比，无硅胶处理的陶砂在双氧水浸泡下无法较好的将其“锁”入自身的孔隙之中，导致与地聚物浆体一起搅拌时将双氧水与高碱度浆体充分接触快速反应，导致“塌模”无法成型。

分析可知，采用本申请的缓释发泡轻质地聚物材料制备方法，可以有效控制发泡速率和气泡尺寸，进而优化材料的干密度和抗压强度性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神与原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种缓释发泡轻质地聚物材料，其特征在于组成按重量份数计如下：

粉煤灰40-50份、矿粉5-10份、改性硅胶陶砂55-60份、激发剂15-20份、水10-15份；

所述改性硅胶陶砂按以下方式制备而来：

将50-55份陶砂和1-3份硅胶水溶液搅拌混合均匀，常温晾干然后干燥箱干燥，使硅胶均匀分布于陶砂；在上述所得硅胶陶砂中，加入0.1-0.5份双氧水搅拌混合均匀后得到改性硅胶陶砂。

2.如权利要求1所述缓释发泡轻质地聚物材料，其特征在于所述粉煤灰为I级粉煤灰或者粉煤灰微珠。

3.如权利要求1所述缓释发泡轻质地聚物材料，其特征在于所述矿粉为S95或以上矿粉。

4.如权利要求1所述缓释发泡轻质地聚物材料，其特征在于所述陶砂为800级超轻密度碎石形黏土陶粒砂。

5.如权利要求1所述缓释发泡轻质地聚物材料，其特征在于所述硅胶水溶液以H₂SiO₃计含量为36wt％。

6.如权利要求1所述缓释发泡轻质地聚物材料，其特征在于所述激发剂为强碱和硅酸盐的混合；所述强碱为氢氧化钠，所述硅酸盐为硅酸钠；溶解配置成模数1.2，固含量50wt％。

7.权利要求1所述缓释发泡轻质地聚物材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将激发剂加入粉煤灰、矿粉和水中搅拌混合均匀制得地聚物浆体，再将上述改性硅胶陶砂加入地聚物浆体中搅拌混合静置发泡；

(2)在80℃蒸汽养护条件下养护1d后拆模，然后放入自然养护条件下养护28d，得到发泡轻质地聚物材料。