一种聚合物复合无机胶凝材料的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种聚合物复合无机胶凝材料的制备方法，通过毛细吸收法，使聚合物均匀分散在无机胶凝材料中。制备步骤为：将无机胶凝材料堆积成型、将聚合物单体用水溶解或制备乳液获得液相、无机胶凝材料毛细吸收液相制备复合材料，最后将所得结构养护。本发明专利技术克服了成品聚合物材料在无机材料中难以均匀分散复合的技术难点，制备的复合材料结构和性能的重复性比机械搅拌法制备的复合材料高，呈现良好的可设计性，制备的复合材料性能均高于参比的基体和增强体或功能体材料性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种有机-无机复合材料的制备方法，尤其是。
技术介绍
胶凝材料，是指在物理、化学作用下，能从浆体变成坚固石状体，并能胶结其他物料，共同形成具有一定机械强度的人造固体物质。胶凝材料可分为无机胶凝材料和有机胶凝材料。无机胶凝材料又可分为水硬性胶凝材料和气硬性胶凝材料。水硬性胶凝材料包括以高温煅烧硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥、各种辅助性胶凝材料复合硅酸盐水泥、特种水泥和地聚物水泥等；气硬性胶凝材料主要有石膏、石灰和水玻璃等。聚合物是指由许多相同的、简单的结构单元通过共价键重复连接而成的高分子量化合物。无机胶凝材料和聚合物材料在加工制备成型上存在相似点:均是通过化学反应间接生成目标物质。无机胶凝材料一般通过具有活性的粉体与水拌合发生反应硬化成目标物质——各种无机材料硬化体；聚合物材料一般是在特定条件下由聚合物单体通过加聚反应生成目标物质——各种高分子材料固化体。但无机材料硬化体和高分子材料固化体这两种材料分属不同类型，性能上差异巨大，实现两者复合的技术难度巨大。公开报道的无宏观缺陷水泥基材料MDF水泥是将聚合物与水泥及水拌合后经挤压成型获得超高强度和韧性的复合材料，但这种材料的耐久性差，不能抵抗水的侵蚀，应用范围受到限制。此外，这种材料应归属于聚合物材料，因为水泥在其中主要起填充作用，胶凝性能并没有充分发挥，不能归属于无机胶凝材料。实现聚合物与无机胶凝材料复合的常用方法就像制备MDF水泥一样，将聚合物单体、无机胶凝材料和水强制搅拌混合后，加压或自由浇铸成型，但是由于这两种材料性质差异大，使用上述方法很难实现微尺度的均匀混合，特别是非水溶性聚合物单体，密度一般比水小，很难与水和无机胶凝材料强制搅拌制成均匀硬化体，离析、泌水和浆体夹杂气泡现象严重，使得复合材料的水化·初始结构存在巨大缺陷，严重威胁后继硬化体的结构与性能。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了。本专利技术通过毛细吸收法，以无机胶凝材料为基体，聚合物材料为增强体或功能体，使聚合物均匀分散在无机胶凝材料中，提高了复合物的强度、韧性和耐久性。本专利技术解决技术问题的技术方案为提供。包括如下步骤:A、堆积成型将无机胶凝材料或无机胶凝材料和辅助材料，均匀混合，在模具中堆积，加压成型，得到绝干成分堆积结构。所述辅助材料是辅助性胶凝材料、粗集料、细集料、粉状惰性材料、钢筋和钢纤维的一种或多种。所述加压范围为5~50MPa。所述绝干成分堆积结构中，无机胶凝材料的重量比为10%~100%。在堆积成型时加压，提高堆积结构体密实度和堆积均匀度。无机胶凝材料是各种类型及标号的水泥、石灰、石膏或碱激发胶凝材料中一种或多种。 粉状惰性材料归结于细集料中超细集料范畴，其惰性的界定方法为:不直接与无机胶凝材料发生化学反应生成水化产物。常用的粉状惰性材料为以碳酸钙及晶体二氧化硅等为主要成分的岩石和云母类矿相组成。钢筋优选表面有凹凸的带肋钢筋，以增加钢筋与颗粒堆积物的接触面积。钢纤维直接和胶凝材料或其他材料一起干法搅拌混合制备。B、制备液相若为水溶性聚合物单体直接用水溶解，备用；若为非水溶性聚合物单体，用表面活性剂将聚合物单体与水实现分散，制备聚合物单体-水乳液，备用。所制备的液相中，聚合物单体重量百分含量在20%~80%，优选为40%~60%。所用表面活性剂的量是水重量的0.01%~0.10%。C、制备聚合物复合无机胶凝材料方法1:底端毛细吸收法将步骤A制备的绝干成分堆积结构连同模具移入步骤B制备的液相中。液相在绝干成分堆积结构毛细吸收作用下均匀分散于堆积结构体。在上述过程中，要保持堆积结构顶端无任何物品覆盖，防止底端吸收排除顶端空气不畅，造成堆积结构体不能均匀吸收液相或陷入气泡等缺陷，影响水与聚合物均匀分散的水化硬化体制备。方法2:顶端毛细吸收法将截面积与绝干成分堆积结构相同的孔隙适中的海绵，覆盖于步骤A制备的绝干成分堆积结构顶端，将步骤B制备的液相缓慢倾倒于覆盖物海绵上，液相渗入绝干成分堆积结构，继续引入液相，液相在绝干成分堆积结构毛细管力作用下均匀分散。所用无机胶凝材料和聚合物重量比I~30:1 ;所述继续引入液相使用的是孔隙比绝干成分堆积结构毛细孔大的滤纸、滤布或与覆盖物相同的海绵。所述孔隙适中的海绵是指饱水后孔隙水不能在重力作用下滴落。上述整个过程中要在绝干成分堆积结构底端支垫疏松的滤纸或滤布，防止液相吸进堆积结构体过程中，绝干成分堆积结构底端空气排出不畅通，造成堆积结构体不能均匀吸收液相或陷入气泡等缺陷，影响水与聚合物均匀分散的水化硬化体制备。D、养护将上述步骤C制备的材料连同模具置于密封的环境中养护，养护8~24h，然后和其所吸收的聚合物单体一起移入容器中养护，I~3天后脱去模具；然后将聚合材料放置在盛有大量与上述相同的聚合物单体的容器中养护I~28天，得到聚合物复合无机胶凝材料。上述过程中，绝干成分堆积结构毛细吸收液相，养护8~24h后不能脱去模具，因为早龄期水化硬化体的强度低，此时脱模容易损伤结构体，待结构体水化I~3天后才脱去模具。本专利技术利用毛细吸收法，使聚合物单体在无机胶凝材料均匀分散。水与无机胶凝材料发生反应,产生的水化产物填充原先由液相占据的孔隙空间产生刚性结构强度；聚合物单体也会在无机胶凝材料水化释放的碱性环境中发生加成聚合反应生成韧性结构强度。上述水化反应生成的刚性产物和加聚反应生成的韧性产物均匀填充于初始孔结构和凝胶孔结构孔隙，水珠不能够在干燥的聚合物复合无机胶凝材料上润湿铺展，使得新型复合材料能抵抗外部环境介质侵蚀，有效提高复合无机胶凝材料耐久性。本专利技术克服了聚合物材料在无机胶凝材料中难以均匀分散复合的技术难点，有三个显著特点:1)制备的复合材料性能均高于参比的基体和增强体或功能体材料性能；2)制备的复合材料结构与性能的重复性比机械搅拌法制备的复合材料高，且复合材料可设计性强；3)均匀分散的聚合物单体在无机胶凝材料水化硬化的同时加聚生成有效分散的纤维，克服了成品聚合物材料在无机材料中难以分散混合的技术难点。【具体实施方式】下面是本专利技术制备实施例，通过这些实施例对本专利技术作进一步描述。下面所述强度测试方法依照水泥胶砂强度检验方法(GB/T17671-1999)执行。实施例1选择重量比例为30%硅酸盐水泥熟料和70%S95级矿渣微粉，在球磨机内混合研磨，制备表面积为400m2/kg的复合干粉体，取1.9Kg干粉体放在可自由拆卸的模具内，压力设计15MPa，压制堆积结构；用重量是水重量0.01%的十二烷基苯磺酸钠为分散剂，配制重量百分含量为50%的甲基丙烯酸甲酯单体水乳液；采用底端毛细吸收法制备复合材料。吸收完毕后无机胶凝材料和聚合物重量比为10:1，然后将所得复合材料连同模具放入密封环境养护10h，IOh后将所得结构连同模具放入甲基丙烯酸甲酯单体中密封养护，I天后拆开模具再放入甲基丙烯酸甲酯单体中密封养护。制得的聚合物复合无机胶凝材料，3天强度66MPa，28天强度118MPa。复合材料达到最大极限强度时非脆性破坏，破坏截面上明显可见纤维状聚甲基丙烯酸甲酯，起到阻止裂纹瞬间扩展，韧性得到显著提升。所述矿粉为辅助性胶凝材料，所述混合研磨的过程是本专利技术提到的干拌均匀混合过程。实施例2选择重量比例为60%硫铝酸盐水泥熟料和4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚合物复合无机胶凝材料的制备方法，其特征在于：利用毛细吸收法，使聚合物均匀分散在无机胶凝材料中。

【技术特征摘要】
1.一种聚合物复合无机胶凝材料的制备方法，其特征在于:利用毛细吸收法，使聚合物均匀分散在无机胶凝材料中。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于包括以下步骤: A、堆积成型: 将无机胶凝材料或无机胶凝材料和辅助材料，干拌、均匀混合，在模具中堆积，加压成型，得到绝干成分堆积结构； B、制备液相: 若为水溶性聚合物单体直接用水溶解，备用； 若为非水溶性聚合物单体，用表面活性剂将聚合物单体与水实现分散，制备聚合物单体-水乳液，备用； C、制备聚合物复合无机胶凝材料: 通过毛细吸收法制备聚合物复合无机胶凝材料； D、养护: 将上述步骤C制备的材料连同模具置于密封的环境中养护8~24h，然后与其所吸收的聚合物单体一起移入容器中养护，I~3天后脱去模具，然后放置在盛有大量与上述相同的聚合物单体的容器中养护I~28天，得到聚合物复合无机胶凝材料。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于:步骤A中所述辅助材料是辅助性胶凝材料、粗集料、细集料、粉状惰性材料`、钢筋或钢纤维的一种或多种，所述加压范围为5~50MPa，所述得到的绝干成分堆积结构中，无机胶凝材料的重量百分含量为10%~100%。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于:所述步骤B中制备的液相中聚合物单体重量百分含量在...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈业青，李辉，刘加威，朱昌青，
申请(专利权)人：安徽师范大学，
类型：发明
国别省市：