[發明專利]一種高性能改性石粉的制備方法

在審

• 申請號: 201410652282.3
• 申請日: 2014-11-17
• 公開（公告）號: CN104446043A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 王文平;趙懷華;呂曉勇;江騰飛
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: C04B7/24
• 分類號: C04B7/24;C04B7/38
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 喬恒婷

一、技術領域

本發明涉及一種建筑用材料的制備方法，具體地說是一種高性能改性石粉的制備方法，是通過聚乙二醇單甲醚丙烯酸酯接枝改性石粉。

二、背景技術

在我國，巖石分布十分廣泛，并且種類繁多。長久以來，人們就不斷開采利用巖石，并切割加工成板材，廣泛用于建筑物的內外裝飾和基礎砌筑工程之中，然而在開采和切割加工過程中，大量巖石碎片和切割粉屑被當作廢料拋棄，造成很大的資源浪費。此外，石材鋸解后產生的石粉，雖然采取了循環水處理及二次沉淀，日積月累，石粉堆積成山，長時間不但占壓土地，還嚴重污染環境。為了解決石粉資源浪費和污染的問題，可將石粉進行化學改性后部分取代水泥作為膠凝摻合料使用，在改性的基礎上既解決了巖石廢料處理難的問題，又可增益水泥基復合材料的性能，達到變廢為寶的目的。

三、發明內容

本發明旨在提供一種高性能改性石粉的制備方法，通過在石粉的表面接枝上有機聚合物(實質是對無機粉體進行官能化反應)，以減弱或消除直接摻加帶來的物理排斥反應，降低水基復合基材料的脆性，增益其韌性，大大提高水泥復合基材料的抗折強度。此外，本發明改性石粉含有大量水溶性基團，因而分散性好，能夠很好的解決礦物摻合料的團聚問題。

本發明改性石粉，具有較好的親水性，能夠較好的與水性材料相容，反應產物容易分離，應用范圍廣泛。

本發明改性石粉的制備方法，首先將石粉的表面進行羥基化處理得到羥基化石粉，再通過偶聯劑改性羥基化石粉得到偶聯劑改性石粉，最后通過接枝聚合反應使偶聯劑改性石粉與聚乙二醇單甲醚丙烯酸酯接枝聚合得到聚乙二醇單甲醚丙烯酸酯改性石粉。

本發明改性石粉的制備方法包括羥基化處理、偶聯劑改性、接枝改性及后處理各單元過程：

所述羥基化處理是將石粉浸入質量濃度15％-25％的氫氧化鈉溶液中，室溫下攪拌反應22-26小時，減壓抽濾，用蒸餾水洗滌至pH值7-10得到堿處理石粉；將所述堿處理石粉浸入質量濃度5％-15％的硫酸溶液中，攪拌反應2-6小時，減壓抽濾，用蒸餾水洗滌至中性，真空干燥后得到羥基化石粉；本發明通過酸堿處理法，對石粉表面進行羥基化處理，使SiO₂的Si-O-Si鍵斷裂，然后生成Si-O-H，通過這個反應完成石粉表面的羥基化。另外在羥基化處理前可以首先對石粉進行預處理，所述預處理是將石粉加入無水乙醇中，超聲分散20-30min后離心分離，重復超聲分散、離心2-3次，隨后再加入蒸餾水中，超聲分散10-15min后離心分離，重復超聲分散、離心2-3次，真空干燥。預處理的目的是除雜、活化，并且使石粉的顆粒分散均勻。

所述偶聯劑改性是將20g羥基化石粉、10-20mL偶聯劑和0.5-1.0g對苯二酚加入溶劑甲苯中，于65-85℃攪拌反應22-26小時，反應結束后冷卻至室溫，離心分離，真空干燥得到偶聯劑改性石粉；

所述接枝改性是將偶聯劑改性石粉和二次蒸餾水加入反應器中，在45-65℃的條件下向反應器中分別滴加聚乙二醇單甲醚丙烯酸酯溶液和過硫酸銨溶液，滴完后升溫至80-95℃反應3-5小時，反應結束后冷卻至室溫，離心分離，真空干燥得到聚乙二醇單甲醚丙烯酸酯改性石粉(即改性石粉)；其中偶聯劑改性石粉、聚乙二醇單甲醚丙烯酸酯和過硫酸銨的質量比為30:30:1。

所述偶聯劑為硅烷偶聯劑，進一步優選為3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH-570)。

本發明在石粉表面接枝聚乙二醇單甲醚丙烯酸酯，可降低水泥復合機材料的脆性，增益其韌性，減少水的用量和水泥用量，抗折強度明顯提高，完全能夠滿足高性能水泥基復合材料對抗折強度的要求。本發明制備方法反應溫度低，條件溫和，后處理簡單，工業化成本小。

四、附圖說明

圖1是以偶聯劑KH-570為例，本發明偶聯劑改性石粉以及聚乙二醇單甲醚丙烯酸酯接枝改性石粉的合成路線。其中m表示聚乙二醇單甲醚丙烯酸酯接枝改性石粉的聚合度，m為400-600；n表示聚乙二醇單甲醚丙烯酸酯(MPA)的聚合度，n為600-1000。