[發明專利]纖維增強粉煤灰基地聚物泡沫材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201310538272.2
• 申請日: 2013-11-01
• 公開（公告）號: CN103601524A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 杜海燕;高婉琪;陳小平;鞏曉曉;王敏
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C04B38/02
• 分類號: C04B38/02;C04B28/00;C04B14/36;C04B14/40
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王秀奎

技術領域

本發明屬于多孔陶瓷技術領域，更加具體地說，涉及一種有機纖維增強的地聚物基泡沫材料及其制備方法。

背景技術

地質聚合物(Geopolymer)，簡稱“地聚物”，是一類具有硅氧四面體和鋁氧四面體通過橋氧鍵相連接的類沸石三維網狀結構的新型水硬性膠凝材料。地聚物通常是由具有火山灰活性的硅鋁原料，如：偏高嶺土、高嶺土、粉煤灰、火山灰、粘土等，在較低溫度下，經適當的工藝處理得到的，具有免高溫燒結的工藝特點。并且由于其獨特的結構，不僅兼有有機高聚物、陶瓷、水泥的特點，還表現出一些獨特的性能，如高強度、快硬固化性、耐高溫、隔熱、耐酸抗侵蝕、吸附有害毒物等。利用這些優良的性能，地聚物已經得到了很多的應用，尤其是在筑路和建筑材料方面。地聚物基泡沫材料是由剛性骨架和內部的孔洞組成，由于具有能量吸收性能好、質輕、氣孔率高等諸多優異的性能，在保溫材料，結構材料很多領域都獲得了廣泛的應用。粉煤灰是火力發電廠排放的固體廢物，近年來，由于它的大量堆積對環境造成了巨大的壓力。若利用粉煤灰制備地聚物基泡沫材料，可以提高粉煤灰的附加價值，減緩其對環境造成的壓力。同時該制備工藝是免高溫燒結的，極大地提高了節能減排的效率。目前，以無機類輕質隔熱材料最大的弱點是在獲得較低密度和導熱率的同時強度迅速減低、吸水率增大。相關專利中的利用粉煤灰制備的輕質隔熱材料、泡沫材料或發氣混凝土材料等均存在該問題。

發明內容

本發明的技術目的在于克服現有技術的不足，根據纖維增強原理及地聚物中鈣含量對強度的影響，本發明提供一種簡單的制備方法，以粉煤灰為主要原料，無機纖維為增強劑，礦渣調節Ca含量，制備性能穩定、成本低廉的粉煤灰基地聚物泡沫材料。以該方法制備的輕質泡沫材料，在與同類材料有同等容重和導熱率的情況下具有強度高、尺寸變化率小、吸水率低等特點，適合多方面應用。

本發明的技術目的通過下述技術方案予以實現：

纖維增強粉煤灰基地聚物泡沫材料及其制備方法，其原料及其用量，按照質量百分數由下述組分組成：鋁硅原料50～70%，礦渣5～15%，無機纖維3～8%，液體堿性激發劑15～30%，發泡劑0.2-2%，穩泡劑2.5—3.5％，優選鋁硅原料55～65%，礦渣8～12%，無機纖維3～5%，液體堿性激發劑20～25%，發泡劑1-2%，穩泡劑2.5—3％。

其中所述無機纖維選擇玻璃纖維、玄武巖纖維、鋁硅纖維、石棉纖維，所述無機纖維的長徑比為50—200。

所述液體堿激發劑為強堿溶液與水玻璃的混合溶液，兩者質量比為（1：0.8）—（1：1.2），所述強堿溶液為質量百分數為15—30wt％的NaOH或KOH水溶液，所述水玻璃選用模數2.0～2.8的水玻璃（模數為SiO₂：Na₂O的摩爾比）。

所述發泡劑為由茶皂素和十二烷基磺酸鈉（SDS）組成的復配劑或者鋁粉，在所述復配劑中所述茶皂素和SDS的質量比為2：1。

所述穩泡劑為油酸和三乙醇胺的水溶液，其中所述油酸：三乙醇胺：水的體積比為1：3：36（體積比）。

所述硅鋁原料選擇粉煤灰、高嶺土或者硅灰，所述鋁硅原料的細度為0.045mm，篩余<30%；所述爐渣的細度為0.045mm，篩余<30%；所述硅鋁原料和爐渣主要為體系提供元素硅、鋁和鈣，并通過調整硅鋁原料和爐渣的用量以使硅、鋁和鈣的摩爾比例滿足：1≤Si/Al（硅與鋁的摩爾比）≤4，2≤Si/Ca（硅與鈣的摩爾比）≤5。

利用上述原料，按照下述步驟進行：

步驟1，將無機纖維、硅鋁原料、礦渣進行攪拌混合均勻；

步驟2，將步驟1混合均勻的固體原料與液體堿激發劑、發泡劑和穩泡劑混合攪拌均勻；

步驟3，將步驟2混合均勻的物料倒入模具中，振動后靜置發泡，例如選擇在振動臺振動2—5分鐘；

步驟4，將模具置于20～50℃，濕度80-90%條件下進行固化，24小時后進行脫模；

步驟5，將脫模后的產品在常溫20—25℃大氣環境下靜置，得到粉煤灰地聚物泡沫材料；所述靜置時間為7—28天，一天為24小時。