CN116285472A - 一种掺加纳米石墨烯改性粉煤灰的高环保高抗裂型腻子粉及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种掺加纳米石墨烯改性粉煤灰的高环保高抗裂型腻子粉及其制备方法。本发明的腻子粉,主要包括以下质量份的组分:水泥15‑30份、纳米石墨烯包覆粉煤灰10‑20份、重钙15‑25份、矿渣15‑25份、河砂10‑25份、纤维素0.2‑1份、胶粉1‑3份、膨润土0.2‑0.5份、和疏水剂0.02‑0.1份。本发明的腻子粉采用石墨烯改性粉煤灰,可替代部分水泥提供后期整体强度;石墨烯改性粉煤灰还可以提高腻子施工后的早期强度、粘结强度和整体柔韧性,当施加外部机械力时,纳米石墨烯可依靠整体弯曲变形来缓解应力,避免掉粉和开裂;本发明的原料颗粒级配更加合理,施工手感和施工性更优;而且本发明配方成本低,对自然环境和资源的破坏少。
Description
技术领域
本发明涉及一种掺加纳米石墨烯改性粉煤灰的高环保高抗裂型腻子粉及其制备方法。
背景技术
腻子粉是一种涂覆于砂浆墙面上重要的建筑外墙装饰材料,主要起着墙面层弥补缺陷,抗开裂和呈现特殊效果等作用,保证后续装饰工程优良的配套。随着国家和行业标准的日益完善,不仅关注腻子粉的施工性和找平性,同时对其粘结强度、柔韧性、吸水量、耐水性、耐碱性等提出了更高的要求。同时也对腻子粉的开发体系提出了更高的环保要求和社会环境生态责任。
目前,腻子粉主要是由水泥和可再分散性乳胶粉作为粘结剂,将重钙和河砂作为填料,再加各种助剂构成。大量使用水泥作为无机胶凝材料,虽然带来了较高的强度,但是成本高,并且施工性能不好,批刮不顺畅;腻子中的重钙和河砂会导致腻子体系的施工性下降,吸水量较高,同时其制备造成能源严重损耗,并对自然生态环境和资源有着严重的破坏。
粉煤灰和矿渣作为热电厂在生产过程中的固体废弃物,有着产量大,资源地距离短,稳定性高等特点。粉煤灰是在煤燃料在高温燃烧的过程中排除的微小粒子,粒径一般分布在1-100微米之间,微观状态下呈球形,表面有微孔。粉煤灰的主要成分为二氧化硅、氧化铝和氧化铁,在腻子体系中具有反应活性。石墨烯是一种平面六角网状结构的单层片结构的二维材料,通常以sp2杂化轨道和邻近的三个碳原子形成共价单键的排列而稳定存在。石墨烯因其二维六元环特殊结构,有较大的比表面积,同时具有极好的力学性能和柔韧性。将多层石墨和粉煤灰以高能球磨的方式在氩气的气氛中进行石墨剥离石墨烯,在石墨烯不被氧化反应的前提下,石墨烯和粉煤灰反应得到核核结构的石墨烯改性粉煤灰,石墨烯改性粉煤灰不仅可与氢氧化钙反应生成无机胶凝材料水化硅酸钙,还因片层石墨烯包裹水化硅酸钙形成黏连结构,将增加腻子施工后的早期强度和整体柔韧性。
综上,大量使用水泥作为无机胶凝材料,虽然带来了较高的强度,但是施工性能不好,批刮较为困难;
大量使用水泥作为胶凝材料,重钙和河砂作为填料,不仅腻子粉配方成本较高,而且会由于级配不合理导致腻子开裂;
腻子中的重钙和河砂会导致腻子体系的施工性下降,吸水量较高,同时其制备造成能源严重损耗,并对自然生态环境和资源有着严重的破坏;
单独使用煤粉灰的腻子粉施工后早期强度较低,容易掉粉。
大量使用水泥、河砂和重钙等自然资源原料无法满足国家战略方向。
发明内容
本发明提供一种掺加纳米石墨烯改性粉煤灰的高环保高抗裂型腻子粉及其制备方法,本发明的腻子粉采用石墨烯改性粉煤灰,可替代部分水泥提供后期整体强度;石墨烯改性粉煤灰还可以提高腻子施工后的早期强度、粘结强度和整体柔韧性,当施加外部机械力时,纳米石墨烯可依靠整体弯曲变形来缓解应力,避免掉粉和开裂;本发明的原料颗粒级配更加合理,施工手感和施工性更优;而且本发明配方成本低,对自然环境和资源的破坏少。
本发明通过以下技术方案实现:
一种掺加纳米石墨烯改性粉煤灰的高环保高抗裂型腻子粉,主要包括以下质量份的组分:水泥15-30份、纳米石墨烯包覆粉煤灰10-20份、重钙15-25份、矿渣15-25份、河砂10-25份、纤维素0.2-1份、胶粉1-3份、膨润土0.2-0.5份、和疏水剂0.02-0.1份。
优选地,所述的石墨烯改性粉煤灰由80-100质量份粉煤灰和1-20质量份多层纳米石墨烯-聚合物复合材料的制成。
所述的粉煤灰为热电厂产生的固体废弃物,为燃料(煤)燃烧过程中排出的微小灰粒,主要成份为二氧化硅、氧化铝和氧化铁;
所述的多层纳米石墨烯-聚合物复合材料,采用吉康WG5多层石墨烯,其表观状态为黑色粉末,纯度>95%,片层大小为10-50μm,层数为6-10层。
优选地,所述的石墨烯改性粉煤灰由以下方法制备而成:将粉煤灰和多层纳米石墨烯-聚合物复合材料置入球磨罐中,并在球磨罐中充满惰性保护气氛氩气,然后以湿磨的方式、以转速大于250r/min的转速球1h以上,最终得到所述的石墨烯改性粉煤灰。
优选地,所述的水泥为硅酸盐水泥。具体为标号为42.5的灰色水泥,为一种主要由硅酸盐水泥熟料、0-5%石灰石和适量石膏磨细制成水硬性胶凝材料;
优选地,所述的粉煤灰为热电厂产生的固体废弃物。具体为燃料(煤)燃烧过程中排出的微小灰粒,主要成份为二氧化硅、氧化铝和氧化铁;
优选地,所述的重钙为200目重质碳酸钙。其主要由天然碳酸盐矿物磨碎而成;
优选地,所述的矿渣为热电厂产生的固体废弃物。它可循环再利用,是一种绿色节能建材。
优选地,所述的河砂为50-100目河沙。它是一种经河水的冲击和侵蚀而形成的材料,具有一定的强度,含泥量较高。
优选地,所述的纤维素采用PMK-40Z。它是一种低取代度和醚化的羟丙基甲基纤维素,可以改善触变性,提高腻子体系的施工性,具有良好的保水增稠的作用。
优选地,所述的胶粉为可再分散型胶粉WWJF-8020。它是一种遇水可再分散醋酸乙烯酯/乙烯二元共聚胶粉,有提高腻子柔韧性、内聚力、粘结强度等作用。
优选地,所述的膨润土为PR-200。它是一种成分为含量为100%的米白色蒙脱土,硬度1-2,密度2-3g/cm3。
优选地,所述的疏水剂采用WR650疏水剂。它是一种纳米级分散性层状活性无机材料,会与水化产物中的组分发生反应生成具有憎水性能的物质。
本腻子体系作用机理如下:
腻子粉在缓慢加入水中时,乳胶粉颗粒在水中溶解,在搅拌的过程中,乳胶粉被石墨烯改性粉煤灰颗粒、矿渣、河砂及其他颗粒分散为再分散乳胶粒;在水蒸发的过程中,乳胶粒子提高了体系的软粘结强度和柔韧性;羟丙基甲基纤维素与水形成氢键的作用力,迅速提高体系的粘稠度,同时自身的保水性对体系的强度产生作用;石墨烯改性粉煤灰和水泥的水化反应生成无机胶凝材料,为体系提供了强度、耐水性和耐久性;石墨烯改性粉煤灰可以提高腻子施工后的早期强度和整体柔韧性,当施加外部机械力时,纳米石墨烯可依靠整体弯曲变形来缓解应力,避免掉粉和开裂;膨润土具有保水增稠的作用,同时为体系提供上墙后抗流挂的特性;矿渣、重钙和河砂为腻子整体提供了合理的粒径级配和骨架,增加产品体积,支撑体系强度,降低生产成本;疏水剂作为特殊助剂,为体系带来更好的耐水性;
腻子中无机水化石墨烯改性粉煤灰胶凝材料、乳胶聚合物、重钙、矿渣、河砂和助剂形成了无机/有机多层次高复合的空间网络结构体系,同时因乳胶粉聚合物并未完全封闭腻子层中的毛细孔,使得腻子还具有良好的透气性,最终,腻子上墙后具有全面且优良性能。
与现有技术相比,本发明具有如下优点:
高能球磨工艺在惰性气氛下得到纳米石墨烯和纳米石墨烯包覆的改性粉煤灰;
石墨烯改性粉煤灰,与氢氧化钙反应生成无机胶凝材料水化硅酸钙,可替代部分水泥提供后期整体强度;
石墨烯改性粉煤灰可以提高腻子施工后的早期强度和整体柔韧性,当施加外部机械力时,纳米石墨烯可依靠整体弯曲变形来缓解应力,避免掉粉和开裂;
石墨烯改性粉煤灰的微集料效应可作为部分填料来替代部分重钙,充当微小颗粒集料,使原材料颗粒级配更加合理,优化施工手感和施工性;
粉煤灰,矿渣可作为骨料来替代部分重钙和河砂,提供更合理的级配,提高腻子的开裂性,还可降低成本和减少自然环境和资源的破坏;
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进一步阐述
实施例1的石墨烯改性粉煤灰由80质量份粉煤灰和20质量份多层纳米石墨烯-聚合物复合材料的制成。
实施例2的石墨烯改性粉煤灰95质量份粉煤灰和5质量份多层纳米石墨烯-聚合物复合材料的制成。
实施例3的石墨烯改性粉煤灰由99质量份粉煤灰和1质量份多层纳米石墨烯-聚合物复合材料的制成。
将上述实施例的水泥、石墨烯改性粉煤灰、重钙、纤维素、胶粉、矿渣、河砂、膨润土和疏水剂加入到容器设备中进行混合,待混合均匀后取出,即得所述的腻子粉。适当地调整各个组分的含量也能得到本发明的腻子粉。
将上述实施例的腻子粉按照水和腻子粉的质量比为7:25混合,具体先将水加入到适当体积的容器中,然后缓慢加入腻子粉,边加入边搅拌,待完全搅拌均匀后得到腻子膏。
施工基层要求较为平整,较少浮沉,无水,批刮2道,每道不超过3mm。
表1是实施例的腻子粉和市面常规腻子粉的性能检测结果。
从表1可以看出容器中状态都良好,均匀无结块;本发明的实施案例配方的施工性、早期强度(1D)、粘结强度(7D)、柔韧性和抗撕脱(底漆配套)均优于常规产品(外墙粗底腻子)。
热电厂粉煤灰和矿渣在腻子中能替代部分水泥、重钙和河砂协同使用,使热电厂大量的固体废弃物得到循环利用,降低体系成本和环境破坏;
本发明制备的石墨烯改性粉煤灰是在高能球磨和惰性气氛下得到的,它可以提高腻子施工后的早期强度和整体柔韧性,当施加外部机械力时,纳米石墨烯可依靠整体弯曲变形来缓解应力,避免掉粉和开裂;
本发明的改性粉煤灰具有微集料效应,使原材料级配更加合理,填补了水膜层和水泥骨架空隙,提高了腻子的粘结强度和柔韧性;
本发明的石墨烯改性粉煤灰能与氢氧化钙反应生成无机胶凝材料水化硅酸钙,可替代部分水泥提供后期整体强度;
矿渣中含有大粒径的渣质,可优化施工手感,提高施工性,降低了吸水量,降低反碱的风险;
本发明的腻子体系中固体废弃物的使用量达到了质量比30%以上。
本发明不仅限于上述实施例,凡是依据本发明原理所作出的简单修改和替换均在本发明保护范围之内。
Claims (9)
1.一种掺加纳米石墨烯改性粉煤灰的高环保高抗裂型腻子粉,其特征在于:主要包括以下质量份的组分:水泥15-30份、石墨烯改性粉煤灰10-20份、重钙15-25份、矿渣15-25份、河砂10-25份、纤维素0.2-1份、胶粉1-3份、膨润土0.2-0.5份、和疏水剂0.02-0.1份;
所述的石墨烯改性粉煤灰由80-100质量份粉煤灰和1-20质量份多层纳米石墨烯-聚合物复合材料制成。
2.根据权利要求1所述的一种掺加纳米石墨烯改性粉煤灰的高环保高抗裂型腻子粉,其特征在于:所述的石墨烯改性粉煤灰由以下方法制备而成:将粉煤灰和多层纳米石墨烯-聚合物复合材料置入球磨罐中,并在球磨罐中充满惰性保护气氛氩气,然后以湿磨的方式、以转速大于250r/min的转速球1h以上,最终得到所述的石墨烯改性粉煤灰。
3.根据权利要求1所述的一种掺加纳米石墨烯改性粉煤灰的高环保高抗裂型腻子粉,其特征在于:所述的水泥为硅酸盐水泥。
4.根据权利要求1所述的一种掺加纳米石墨烯改性粉煤灰的高环保高抗裂型腻子粉,其特征在于:所述的重钙为200目重质碳酸钙。
5.根据权利要求1所述的一种掺加纳米石墨烯改性粉煤灰的高环保高抗裂型腻子粉,其特征在于:所述的河砂为50-100目河沙。
6.根据权利要求1所述的一种掺加纳米石墨烯改性粉煤灰的高环保高抗裂型腻子粉,其特征在于:所述的纤维素采用PMK-40Z。
7.根据权利要求1所述的一种掺加纳米石墨烯改性粉煤灰的高环保高抗裂型腻子粉,其特征在于:所述的胶粉为可再分散型胶粉WWJF-8020。
8.根据权利要求1所述的一种掺加纳米石墨烯改性粉煤灰的高环保高抗裂型腻子粉,其特征在于:所述的膨润土为PR-200;所述的疏水剂采用WR650疏水剂。
9.一种制备权利要求1-8中任一项所述的一种掺加纳米石墨烯改性粉煤灰的高环保高抗裂型腻子粉及其制备方法,其特征在于:包括如下步骤:
将水泥、石墨烯改性粉煤灰、重钙、纤维素、胶粉、矿渣、河砂、膨润土和疏水剂加入到容器设备中进行混合,待混合均匀后取出,即得所述的腻子粉。
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