一种地聚物浆料、包含其的制品及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种可3D打印的地聚物浆料、包含其的制品及其制备方法和应用，其中该地聚物浆料包含铝硅酸盐前驱体；碱激发剂，包含MOH、M2O

【技术实现步骤摘要】
一种地聚物浆料、包含其的制品及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及3D打印材料
，尤其涉及一种可3D打印的地聚物浆料及其制备方法和应用，以及包含该地聚物浆料的3D制品。

技术介绍

[0002]地质聚合物(Geopolymer)，简称地聚物，又叫矿物聚合材料，这一概念最早由法国的科学家Davidovits提出来，是以硅氧四面体及铝氧四面体聚合而成的含有非晶、半结晶和结晶态的三维网状的新型无机Si
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Al质胶凝材料。地聚物的原料来源广泛，偏高岭石粉、粉煤灰、钾钠长石粉、石英砂、炉渣、矿山尾矿和建筑废物等都可以用来制备地聚物。
[0003]与普通的水泥混凝土相比，地聚物材料更加绿色环保，可以避免使用大量的石灰石原料。地聚物是一种硅铝酸盐凝胶材料，这种材料具有优良的机械性能和耐酸碱、耐火、耐高温的性能，可以替代部分水泥混凝土用于建筑材料，其可利用硅铝酸盐固体废物和建筑垃圾作为原料。
[0004]3D打印技术作为一项材料的先进制造技术近年来已经被应用于很多领域，其具有效率高、成本低、污染小、智能化等优点，尤其在建筑领域的应用研究取得了很大进步。除打印传统建筑物，3D打印技术尤其在异形建筑及构件部品的智慧建造方面比传统建造技术具有明显的优势，其使用的材料主要是硅酸盐水泥。由于硅酸盐水泥的生产会产生大量温室气体，而地聚物作为一种新型绿色环保的胶凝材料，具有与硅酸盐水泥相似或更优越的力学性能。对于3D打印建筑材料来说，低成本、环保利废、低碳和可打印性是其未来发展的关键点。因此，将地聚物用于3D打印建筑材料具有重要意义。
[0005]CN113105170B公开了一种掺加红麻韧皮纤维作物秸秆的3D打印碱激发地聚物复合材料，包含矿渣200～400份，粉煤灰600～800份，红麻秸秆芯10～30份，红麻韧皮纤维1～10份，木质素10份，水玻璃150～200份，氢氧化钠20～30份，水160～200份。
[0006]CN115057660A公开了一种偏高岭土基地聚物材料，包括15～25％固体硅酸钠，20～28％偏高岭土，6～12％粉煤灰，2～4％氢氧化钠，25～35％水，5～15％细砂、0.1～5％膨胀剂、0.1～2％偶联剂。
[0007]然而目前提出的地聚物材料，特别是代替普通水泥用于建筑施工的高性能地聚物材料普遍力学性能较差，硬化时间较短，常常与预期需求及效果不相符，因此，希望能够合理控制地聚物浆料中各基础物料的量，从而提高地聚物材料优异的力学性能。
[0008]除此之外，地聚物传统的成型方式是注浆成型，得到的形状只是简单的块状、条状和柱状，简单的形状大大限制了地聚物在各领域对复杂形状的特殊需求。而利用3D打印技术进行地聚物的成型方法，可以实现地聚物形状的多样化、个性化，实现其复杂化和个性化的应用。
[0009]此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本专利技术时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本专利技术不具备这些现有技术的特征，相反本专利技术已经具备现有技术的所有特征，而且申
请人保留在
技术介绍
中增加相关现有技术之权利。

技术实现思路

[0010]针对现有技术之不足，本专利技术提供了一种可3D打印的地聚物浆料、包含其的制品及其制备方法和应用，旨在解决现有技术中存在的至少一个或多个技术问题。
[0011]为实现上述目的，本专利技术提供了一种可3D打印的地聚物浆料，包括：
[0012]铝硅酸盐前驱体；
[0013]碱激发剂，包含MOH、M2O
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nSiO2和H2O，其中，MOH和M2O
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nSiO2的质量比为0.6～1，H2O和M2O
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nSiO2的摩尔比为11～19，其中，M为碱金属；
[0014]改性剂，按照铝硅酸盐前驱体和碱激发剂的总质量的1％～7％计量。
[0015]优选地，铝硅酸盐前驱体包含偏高岭石、粉煤灰、钾钠长石粉、石英砂、矿渣微粉和普通硅酸盐水泥中的一种或多种。较佳地，本专利技术中铝硅酸盐前驱体为偏高岭石。
[0016]优选地，碱金属为钠和钾中的一种或多种。较佳地，本专利技术中碱金属为钠。
[0017]优选地，碱性硅酸盐溶液M2O
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nSiO2选自钠水玻璃(Na2O
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nSiO2)、钾水玻璃(K2O
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nSiO2)中的一种或多种。较佳地，本专利技术中碱性硅酸盐溶液为Na2O
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nSiO2。
[0018]优选地，Na2O
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nSiO2的模数n为3.3，固含量为34％。
[0019]优选地，改性剂为聚乙二醇。
[0020]优选地，改性剂按照铝硅酸盐前驱体和碱激发剂的总质量的5％计量。
[0021]优选地，MOH和M2O
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nSiO2的最佳质量比为0.7。
[0022]优选地，H2O和M2O
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nSiO2的最佳摩尔比为13。
[0023]优选地，本专利技术涉及一种可3D打印的地聚物浆料的制备方法，可包括如下步骤：
[0024]称取铝硅酸盐前驱体；
[0025]按照MOH和M2O
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nSiO2的质量比为0.6～1，H2O和M2O
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nSiO2的摩尔比为11～19分别称取MOH、M2O
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nSiO2和H2O，并将其混合以配置碱激发剂，其中，M为碱金属；
[0026]按照所述碱激发剂和铝硅酸盐前驱体的总质量的1％～7％称取改性剂；
[0027]将所述碱激发剂和改性剂混合以配置碱性混合溶液；
[0028]将所述铝硅酸盐前驱体和碱性混合溶液混合以形成地聚物浆料。
[0029]优选地，铝硅酸盐前驱体与碱激发剂溶液的固液质量比可以为1.2。
[0030]优选地，本专利技术还涉及利用地聚物浆料或者本专利技术所述的制备方法制备的地聚物浆料制备3D打印制品。
[0031]优选地，可3D打印的地聚物浆料能够代替水泥用于3D打印建筑领域。或者，可3D打印的地聚物浆料能够作为高性能复杂结构材料、园林绿化用的免烧陶和园林景观的打印原料等。
[0032]优选地，本专利技术还涉及一种3D打印制品，利用本专利技术所述的地聚物浆料或者本专利技术所述的制备方法制备的地聚物浆料制成。
[0033]优选地，本专利技术还涉及另一种3D打印制品，该3D打印制品包含利用本专利技术所述的地聚物浆料制备的地聚物涂层和被该地聚物涂层全部或部分覆盖的结构表面，其中，所该结构表面可以包括建筑结构表面、混凝土结构表面或金属结构表面。
[0034]本专利技术以偏高岭石为固体原料，氢氧化钠和水玻璃为碱性助剂，聚乙二醇(PEG)为
改性剂，通过制备偏高岭石基地聚物的实验研究和性能测试，确定了地聚物基础浆料的最优配比，该配比制得的地聚物基础浆料的微观结构致密，具有优异的力学性能，能够满足3D打本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地聚物浆料，其特征在于，包含：铝硅酸盐前驱体；碱激发剂，包含MOH、M2O
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nSiO2和H2O，其中，MOH和M2O
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nSiO2的质量比为0.6～1，H2O和M2O
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nSiO2的摩尔比为11～19，其中，M为碱金属；改性剂，按照所述铝硅酸盐前驱体和碱激发剂的总质量的1％～7％计量。2.根据权利要求1所述的地聚物浆料，其特征在于，所述改性剂按照所述铝硅酸盐前驱体和碱激发剂的总质量的5％计量。3.根据权利要求1或2所述的地聚物浆料，其特征在于，所述MOH和M2O
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nSiO2的质量比为0.7。4.根据权利要求1～3任一项所述的地聚物浆料，其特征在于，所述H2O和M2O
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nSiO2的摩尔比为13。5.根据权利要求1～4任一项所述的地聚物浆料，其特征在于，所述铝硅酸盐前驱体与碱激发剂的固液质量比为1.2。6.根据权利要求1～5任一项所述的地聚物浆料，其特征在于，所述M...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨静，李鹏，杨尚坤，任同祥，范富有，
申请(专利权)人：北京大地中博智造科技有限公司中国计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：