專利名稱：粘性材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明通常涉建筑材料，更具體而言涉及用于建筑材料的組合物以及制備 該組合物的施。
背景技術：
目前，水泥基輕質(zhì)建筑材料的強度有限。這些材料通常禾擁蛭石和域其它纖維輕質(zhì)材料，水和水泥制備。為了制備這些建筑材料，由于蛭石以及其它纖維輕質(zhì)材料吸收粗艮強并且能吸收巨量用于制備建筑材料的水,因此需要大量的水。需要被蛭石和其它纖維輕質(zhì)材料吸收的水弄濕＆和強化水泥。在水泥基建筑材料中用水增加了建筑材料的重量，并腿管能夠制備魏材料，但在水泥基離材料 從冰凍至解凍吋會引起應力破裂。
因此需要制備一種組合物，該組合物能夠減少制備離材料的水用量。還需 要制備一種能夠加入水泥的摻加劑，其和蛭石、其它纖維輕質(zhì)材才料一起制備包括微量水的建筑材料。此外，還需要制備一種，材料，其中加入一種液體或者凝膠潤濕劑以浸透建筑材料屮的蛭石和其它纖維輕質(zhì)材料，由此避免水的需要。 此外，還希望結合某種活性成分用以最小化火者消除加入的建筑材料之間的反應。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通常涉及建筑材料，更具體而言涉及用于建筑材料的組合物以及制備該組合物的方法。所述組合物包括多種化學品并且通常不希望其間發(fā)生反應.
本發(fā)明的一個基本目的是用于提供一種用于制備建筑材料的粘性組合物該粘性組合物能夠克服現(xiàn)有建筑材料的缺陷。
本發(fā)明的另一個目的是制備一種粘性組合物，該組合物由結合一種摻加劑(admixture)和水泥基材料、橡膠、塑料中的一種形成。
本發(fā)明的另一個目的是制備一種粘性組合物，其中所述的摻加劑包括以斷氐 或者消除之間反應的某種活性成分。
本發(fā)明的另一個目的是制備一種粘性組合物，其中卵悉的摻加劑會嫩提高強 度并且斷氏所得到，材料的重量。
本發(fā)明的另一個目的是制備一種粘性組合吻，其中，的摻加劑中的各成分
相關性能互不干擾的作用于建筑材料。
本發(fā)明的另一個目的是制備一種建筑材料，包括至少一種納米粒和納米管
以對所得到的建筑材料提供附加的品質(zhì)。
本發(fā)明的另一個目的是制備一種組合物，包括一種非例子表面活性劑以皿
米顆粒和納米管的至少一種，其至少以凝膠和槳液(sluny)的一種形式，存在并 可作為潤濕劑。
本發(fā)明的另一個目的是提供至少納米凝膠和納米漿液組合物中的一種，所述 的組，可用作與利川上述摻加劑制備的建筑材料附屬的附加產(chǎn)品。
本發(fā)明的另一個目的是,一種將多種活性化學品間反應降到最低的方法。 所述的方飾括加入第-化學亂和第一隔離層，第一隔離層在第一化學品之上。 加入第二化學品和第二化學品在第一隔離層之上。加入第二隔離層，第二隔離層
在第二化學品之上。加入另一種組合物，所述的組合物在第二隔離層之上。加入另一種
的化學品和隔離層均勻混合，因此均勻分布第一、第二和其它化學品以形成摻加
劑，其中符合的化學品以密度斷氐柳i^加入。
本發(fā)明的另一個目的是,一種組合物，包括第一化學品、第二化學品；和 至少一個位于第一鄰第二化學品之間的隔離層以阻止二者反應。通過以預定的方 式混合臓的組合物，得到一種各臓的第一和第二化學品均勻分布的摻加劑。
本發(fā)明的另一個目的是皿一種組合物，包括基質(zhì)、澆筑材料物質(zhì)的至少一 種和-種摻加劑。臓的摻加劑包繊塑劑、自凝固劑、收縮減少劑和多個隔離
層。當制備的摻加劑時，在各個摻加劑的相鄰成分之間提供一個隔離層以防止相
鄰成分混合，由此將成分之間的反應降到最低，并允許各種成射拉的保持各自 相關的特性。當戶腿的摻加劑與基質(zhì)混合并形成組合物時，艦的摻加劑均勻分 布在組合物中以使得至少一種基質(zhì)和澆鑄材料物質(zhì)以及摻加劑的各成分相互粘
結。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種制備組合物的方法。所述的方法包括將預定量的至少一種基質(zhì)和澆鑄材料與至少—種水和潤濕劑結合以浸透所述的至少一種
基質(zhì)和澆鑄材料。此后，將摻加劑與^i的基質(zhì)和澆鑄材料物質(zhì)結合。皿的攀 加齊抱括超塑劑、自凝固劑、收縮^劑和多個隔離層。在M摻加劑的相鄰成 分之間提—共一個隔離層以防止相鄰成分混合，由此將成分之間的g降到最低， 并允許各種成射蟲立的保持各自相關的特性。該方法提供連續(xù)的混合至少一種基 質(zhì)和澆鑄材料物質(zhì)以及摻加劑并形成一種組合物，其中摻加劑的各成分均勻分布 在組合物之中以使得摻加劑的成分與至少一種基質(zhì)和澆鑄材料物質(zhì)以及摻加劑的 各成分相互粘結，并具有摻加劑中各成分相關的特性。
本發(fā)明的另一個目的是制備一種摻加劑和一種簡單、易于使用的摻加劑和建 筑材料。
本發(fā)明的另一個目的是制備一種制備經(jīng)濟的皿材料。 本發(fā)明的其它目的將隨著描腿而易見。


當結合附圖進行考慮時，可以更充分離本發(fā)明的各種目的、特征和附帶的 優(yōu)點，其中在不同的附圖中相同的參考符號表示相同或者相近的部分。
圖l是一流程圖，示出了制備摻加劑的工藝。
圖2是一剖視圖，示出了在混合之前形成摻加劑的各成分分層。
圖3是一流程圖，示出了制備包括所述的摻加劑的建筑材料的工藝。
圖4是一透視圖，示出了用于混合形成建筑材料各成分的靜態(tài)混合器。 .
圖5是一流程圖，示出了制備本發(fā)明的摻加劑的替代實施方式的工藝；和
圖6是一剖視圖，示出了所述的摻加劑的替代實施方式的分層。
具體實施例方式
本發(fā)明描述了一種用于制備可用于建筑和工程材料的化學摻加劑。所述的物
質(zhì)能夠用于結構的美觀裝飾以及支撐結構。因此，所述的化學摻加劑能夠致與 水泥基質(zhì)材料、塑料材料和橡膠材料中的一種聯(lián)用，并且使用該摻加劑所得到的 材料具有至今我們無法認識到的提高的特性。附尋到的材料由此包括摻加劑、蛭石和用于將所述材料鑄成所需形狀的基質(zhì)。因此，以下對水泥基建筑材料的描述并不能被認為限于摻加劑，將在隨后的描述中指出其可以用于其它場所具有其它效果。
當制備包括水泥和蛭石和／或者纖維輕質(zhì)材料的建筑材料時，蛭石或者輕質(zhì)材料將在加入水之前首先置于摻加劑中。本發(fā)明的化合物或者摻加劑不與輕質(zhì)材料反應。所述的摻加劑將僅與水泥基材料反應，因此當將輕質(zhì)摻加劑與該材料混合時蛭石必須先用水打濕。
本發(fā)明是—種混合通常在—起彼I比進行不必要的反應的成分的方法，通常認為他們不應該混合在一起。當將一哥中液體或者凝膠直接加入摻加劑中的蛭石或者輕質(zhì)粗材料時便得到所述的方法。
所述的混合各成分的方法涉及的成分是通常用于制備建筑材料，特別是水泥基建筑材料的成分，這些成分在接觸時通常會反應。
在本發(fā)明中制備本發(fā)明摻加劑的方法中使用的成分包括．=羧基化聚醚，例如超塑聚合物*羧基化丙烯，例如白凝固劑水脂肪族丙烯、乙二醇醚，例如收縮減少劑*表面活性劑，優(yōu)選非離子表面活性劑加入摻加劑的其它成分司．包括*水減少劑一羧基化聚醚、鈣、硝酸鹽和葡萄糖胺的水溶液；*用于減少離析的粘度控制劑；*收黜蠐IJ．*蝴IJ．和 *空氣夾帶劑加入摻加劑的其它成分包括*由硅基氧化物形成的納米顆粒； *由硅基氧化物形成的納米管；*乳液；*氧化鐿、氧化鋁、鋁硅氧化物、鋇硅氧化物、鋇鋯氧化物、鈰氧化物、鎂氧化物和鋯氧化物的至少一種。
當分另擅于水泥摻加劑時，Jd^分都不是商標名稱而是由它們的功能限定。
上述摻加劑與水泥和蛭石制備的建筑材料許多缺陷。特別的，蛭石將吸 收大量的水。20磅蛭石將吸收多至5加侖的并得到具有與濕砂堅固性的組合物。 因此，不需要直接將摻加劑加Asig石中，因為蛭石將吸收摻加劑中的組分并因此在含有水泥基材料的混合物中均勻分布。所述的摻加劑和額外量的水加入水泥混合物。摻加劑的艦實質(zhì)上鈔了在制備建筑材料時加入的水量或潛在的消除了加入水的需要。此外，可以在組合物中加入一種輕質(zhì)纖維偏高嶺土(matakatolin)以增強所得到的建筑材料。
可選擇地，可以向蛭石中加入液體或者凝膠潤濕劑代替水，由此在沒有水的 條件下打濕蛭石。由于已知的潤濕劑的特性，需要明顯少量的潤濕劑。此外，已 知l的潤濕劑比水輕，因此減少飽和蛭石或者纖維頓材料的重量。再者，當混合 需要與產(chǎn)品反應的物質(zhì)時液休或者凝膠潤濕劑可混合于所用的摻加劑中。液體或 者凝投潤濕劑可用于形成摻加劑各反艦分之間的層，從而鈔水量，并因此降 低使用摻加劑制備的產(chǎn)物的重量。
因此，如在下文中討論的，通過本發(fā)明的組，制備建筑材料通常通過可以阻止其內(nèi)部之間相互反應的層方法而使相互反應的化學成分結合在一起。組合 物通過使用摻加劑形成，其中，在添加次重的成分之前，在龍的一種化學成分 上，形成水和液體或者凝膠潤濕劑之一的層，從而能防止其相互互發(fā)生反應。因此， 在繼續(xù)結合化學品時，水和液體或者凝膠潤濕劑之一的層在之前前和隨后向摻加劑 添加的成分之間形成。
可以向蛭石中，添加液體或者凝膠潤濕劑代替水，從而不用水微,石。由 于己知潤濕劑的性質(zhì)只需很少量的潤濕劑就能濅蛭石或者纖維輕質(zhì)材料。此外，已知的潤濕劑比水輕很多，并因此能夠降低濅透蛭石或者纖維輕質(zhì)材料的重量。此外，當混合需要與產(chǎn)品反應的任意材料時，可以將液體或者潤濕劑混合在使用的摻加劑中。液體或者凝膠潤濕劑可以用于在摻加劑的活性成分之間形成層， 從而減少水量，并因此降低使用參加劑制備的產(chǎn)物的重量。
此外，可以向水泥中添加液體或者凝膠潤濕劑代替水，從而不用水潤濕水泥基才料。制備的水泥基才料具有與水混合所得最終產(chǎn)品相同的性貢。由于用水量減少，粘性材料比常規(guī)混凝土混合物更牢固。
用于制備摻加劑優(yōu)選的潤濕劑是非離子表面話性劑。表面活性劑是具有親水 性部分和疏水性部分的化合物。表面活性劑的化學性質(zhì)使得物質(zhì)能斷氐體系的表 面張力，因此能將表面活性劑用作潤濕劑。表面活性劑的親水性片段通過環(huán)氧乙 烷的摩爾系數(shù)判斷。環(huán)氧乙烷鏈形成表面活性劑分子的親水部分。分子的該部分 越大，非離子表面活性劑水溶性越好。另外，表面活性劑和它們的功能性頓描 述親水/親油平衡(HLB)的專門標準判斷。低HLBltm征良好油溶性的表面活 性劑，而高HLB表示具有良好水溶性的表面活性劑。HLB {1^基于表面活性劑 分子結構計算的數(shù)值標準。理想的說，非離子表面活性劑具有7—9的HUB值。
優(yōu)選的是，非離子表而活性劑是雜苯酚乙氧化物，其通過向辛基苯酚加成 環(huán)氧乙烷制備。所得辛基苯酚乙氧化物在寬的溫度和pH范圍內(nèi)均是有效的，并能形成在農(nóng)業(yè)領域中用作低起泡潤濕劑的濃凝膠和粘稠溶液。但是，它們的化學性頂使得它們肖調(diào)于本發(fā)明的摻加劑中。非離子表面活性劑定位于另外的材料之 間，例如增塑劑和收縮減少劑，以防止其中普遍存在但不需要的內(nèi)部腿。在添 加吋，表面活性劑作為按序添加的摻加劑成分的隔離層。當所有添加的成分混合 在- -起吋，表面活性劑被融入摻加劑中。
可選擇地，可以在摻加劑中添加乳g代替非離子表面活性劑。與表面活性 劑類似，乳親位于按序添加的摻加劑成分之間并作為隔離層阻止成分提早和/ 或者不需要的反應。乳液能作為在混合后幫助不同成分分散的載體試劑。乳液還 能用作潤濕劑，從而代替在現(xiàn)有技術建筑材料中使用的水。
向摻加劑中添加的其它增強成分是硅基氧化物。硅基氧化物翻作固化增強 劑的優(yōu)良添加劑。此外，硅歸化物用于提高化化合物的耐擦試性?；谔岣叩挠?度和擦試性，硅酸鹽尤其能用作磚和建筑材料中的添加劑。
優(yōu)選的硅基氧化物以納米顆粒或者納米管的方式加入摻加劑中，例如納米材料公司制備的PURENANO③。這些硅歸化物的納米顆粒提供了非聚集納米等 級的材料，其能夠在混合物，例如在本發(fā)明的摻加劑中均勻分散。納米顆粒增強
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的特征是它們結構的結果。更具體而言，硅在晶格的鄉(xiāng)IJ上與一種或者多種頓 的組⑩使得機械、光、熱、電、表面、結構和其它頓發(fā)生改變。因此，縫 氧化物的納米顆粒尤其可以OT于本發(fā)明的摻加劑中?？梢允褂玫牟煌?化 物的實例有鋁硅化物、鋯,化物和其它復^M自化物、1化硅、煙灰、硅粉、偏高嶺土、火山灰(pazzolants)。
此外,己經(jīng)確定通過將預定量的表面活性劑與預定量的至少納米顆粒和納米 管的一種形成的凝膠和/或者漿液皿最高的利用其中的納米顆粒和納米管之一 相關的特性的效率機制。優(yōu)選地，納米顆粒和納米管是泡沫形式。所述的表面活 性劑用作高級載體劑允許納米顆粒完全均勻地分散于凝膠和域者槳液中。發(fā)生這 種現(xiàn)象的原因是在組合物中使用了表面活性劑降低了溶液的表面張力。由于降低了組合物的表面張力，因為材料之間的空隙變窄，所得到的材料強度較大。由于 空間變窄，所述的組合物可以容納更大量的納米顆粒。
此外，這種納米顆粒和表面活性劑的凝膠和/或者漿液懸浮液還提供一種改 進的結合納米顆粒和水基和/或者水攜帶(bome)產(chǎn)品的方法。這是因為表面活 性劑是冇益的潤濕劑，它不進一步稀釋水基材料。因此，一旦與額外的水基材料 結合，所得到的組，能夠具有與納米材料和納米管的至少一種的相關特性。通 過與納棘面活性齊碟液結合艦的水基才料包括但不限于密封劑、涂料、乳膠、水致氨基甲酸乙酯和冷用焦油瀝青。此后，這些改進的產(chǎn)品可與下文描述的利用 本發(fā)明的摻加劑制備的建筑材料聯(lián)合使用。
用于形成本發(fā)明的納米凝膠和/或者漿液的,的表面活性劑是設計用于農(nóng) 業(yè)化學品的那些。因此，他們是生物可,的、無毒、不可燃且不含磷。所述的表面活性劑是含有乙醇、乙氧基化激、異丙醇、二甲氧硅氧烷、苯酚乙氧基化合物的非離子表面活性劑。通常上述用農(nóng)業(yè)表面活性劑含有一夸脫的的表面活性劑，該表面活性劑棚作潤濕劑之前被100-125加侖的水稀釋,。在現(xiàn)有的稀釋液 中，表面活性劑的用量在40%—50%重量比之間。但是，本發(fā)明的納棘面活性 劑組合物無需直接用水稀釋表面話性劑且可以直接加入納米顆粒和納米管?？蛇x 擇地，本發(fā)明每夸脫的表面活性劑可用多至10加侖的水。因此，本發(fā)明表面活性 齊啲稀釋液混合物可含有超過80%錢的表面活性劑。
本發(fā)明創(chuàng)造性的納米凝膠和/或者納米漿液允i袍括1 % —50%容量或者重 量的納米顆粒和納米管的至少一種的組合物。加入漿液和/或者凝膠的納米顆粒的' 量取決于納米槳液潛在的用途。隨著納米顆粒百分量的增加，納米漿液粘度降低 且更凝膠化。本發(fā)明的配方允許用戶確定加入漿液或者凝膠中的納米顆粒的精確 量。除了向表面活性劑加入納米顆?；蛘呒{米管之外，其它物質(zhì)也可加入以制備 多種終端產(chǎn)品。可添加的物質(zhì)包括但不限于纖維材料，如微纖維、結構纖維和蛭 石。此外，所述的摻加劑也可加入凝膠或者漿液之中。 一旦加入上述物質(zhì)，納米顆粒和/或者管就可以結合或懸浮在凝膠或者漿液中。
所述的納米凝膠和/或者漿液通過向其中加入納米顆粒和納米管的同時均勻加入和混合表面活性劑形成。納米表面活性劑凝膠或者漿液的形成方式將在下文 中結合附圖4詳細說明。這允許納米顆粒均勻的懸浮于表面活性劑之中，如上所 述凝膠或者漿液用作載體劑。這種納米顆粒均勻的懸浮導致表面活性劑易于加入 其它材料，制備具有出眾的特性的產(chǎn)品，所述的特性包括但不限于化學特性、電 學特性、光學特性和提高的結構特性。此外，所述的納米顆粒能夠提供由此值得 的材料，特別是具有提高的韌性、抗張強度、密度及降低的、滲水性的水基材料。
如何制備摻加劑
實施例5加侖混合物
使用普通自來水，在5加侖的范圍內(nèi)導入超塑劑混合物，并加入足夠的水，
在超塑劑的頂部放置約八分之一英寸的水/表面活性劑隔離層。水/表面活性劑層 作為隔離層并停留細塑劑的頂部，因為水/表面活性劑比超塑劑輕。當向水/表 面活性劑的頂部倒入下一成分，如自凝固劑(赫自緊縮劑)時，不會溢料或者
發(fā)生化學反應。該方法按照如下重復在第二層上放置相同量的一層水/表面
活性劑，并添加第三種成分，例如收縮減少劑。然后對于向摻加劑中添加每一種 額外的成分重復該方法。
在上述示意性的摻加劑中，具有基本為1.25加侖塑劑、基本為2.5加侖的 自凝固劑和基本為0.75加侖的收縮減少劑。以上描述的摻加劑還包括基本為0.5 加侖的水/表面活性劑隔離層，其分布于超塑劑、自凝固齊劑和收縮減少劑的每一層 之間。此外，如上所述，每一層獨立的水/表面活性劑隔離層基本上是相同的量。
上述摻加劑S31向7K泥基產(chǎn)品中添加具有多種成分的摻加劑而產(chǎn)生。同樣的 方法可以用于其它化學摻加劑。上述方法可以用于制純包括通常彼此會發(fā)生鵬 的用于多種不同目的的摻加劑。上述摻加劑的用途娜于實施例的目的，并不用 于限定本發(fā)明的施。
可選擇地，取代7X/表面活性劑的摻加劑，水、液體潤濕劑、凝膠潤濕劑和 凝膠狀潤濕劑的至少一種可以位于化學添加劑的每一相鄰層之間。該隔離層還可 包括上述的納米 或者納米漿液混^1，皿允W^定納米分明和納米管的相 關特性和性冑,于摻加劑。
當制備輕質(zhì)混凝土混合物原料時，例如蛭石、漂萊特(purlite)、云母等通常
與水泥糊。但是，這些原料的i頓雜問題，這是由于這些^M材半4fP是高吸
水性的。因此該混合物需要火量的水從而實現(xiàn)需要的功能。將大量的水與水泥混
合會斷氐水泥的強度并增加所得混Wi產(chǎn)品的重量。本發(fā)明的摻加劑倉辦^1>所 需的水量，從而增加所得建m^料的強度并斷^M。本發(fā)明示意性的配方如 K配方A所示出。
配方A
*2份羧，聚醚，例如超塑聚，；
*1份羧靴丙烯，例如自凝固劑；
1份脂肪族丙烯、乙二醇醚，例如TO，劑；和
*1條面活性劑
除了配方A中列出的成分以外，在摻加劑中還可以包括其它額外的化學品 以賦予額外的性質(zhì)。這些額外的化學品包括致1份空氣夾帶劑、1份硅錄 化物的納 粒和1份乳液。以硅皿化物形，成的納^^粒的描述僅僅是出 于實施例的目的，且任意類型具有與其相關的期望性質(zhì)的納^^立均可以與本發(fā) 明的摻加劑和減#*占性材料一起使用?？蛇x擇的加入配方A的表面活性劑可以 是上述的創(chuàng)造性的納米漿液或者凝膠。通過向配方中加A^米漿液或者凝膠，其. 它成分更均勻、更有效地分布在所得到的組合物中，且具有鉸單獨加入 或者納米管明顯提高的性能。
上述列出的化學品位于混合筒中，并在相鄰之間包括水和/或奮潤濕劑層。該層防止本發(fā)明的摻加劑成分之間的不希望和不需要的相互反應。
可選擇地，混合物可以使用多種乳液作為輸送潤濕劑，其定位于上述每一 3拉的成分之間。因此，乳液以是摻加劑的層成分之一，或者其可以作為其按 序添加的成分之間的隔離層。
此外，由硅基化物形成的納^^立可以是位于兩層之間的它們自身多拉按 序添加的層。可選糊，納米可以與戰(zhàn)按序添加的另一成分層糊，特別 是表面活性劑層以上述的方式。納米顆?？梢栽跐茶T工序前迅速噴射至混 ，和/或者組，中。納米鵬具有至少一種會贓予用于制備材料的組糊 的預定性質(zhì)。這些14M包括但不限于弓驢、提高耐久性、斷氐熱膨脹性、顏色增 長性和提高的硬度。此外，提高材料的電、化學和，性可通過向混合吻中加入 納米顆粒實現(xiàn)。
本發(fā)明的建筑材料在將上述摻加劑通過具體引用圖3和4所討論的本發(fā)明的
方法吋制備?；旌虾?，制備山最終可澆鑄的水泥混合物，其具有混凝土的所有性
質(zhì)且沒有上述缺陷。所得建筑材半 本上重量斷氏、彈性增加和拉伸強度提高，
其超過常規(guī)混凝土的4倍。例如，常規(guī)源肚具有高達2001158.的拉伸強度和彈性 強度，而本發(fā)明的建筑材料具有650_850lbs的拉伸強度和彈性強度。
本發(fā)明的建筑材料包括下表1所示原料的組合物。這些原料通常是干粉料， 并與如上述配方A的摻加劑聯(lián)用而制備建筑材料。
表l:原料
.水泥
沙石或者二氧化硅 偏高嶺土一apozzo—lanie材料 .蛭石或者漂萊特替代品、云母纖維 -聚丙烯
'聚乙烯-纖維玻璃或者任意的其它纖維材料 納米管和納微末的至少一種
用于制備本發(fā)明建筑材料的，原料的量可以根據(jù)使用者的需求而改變。
為了制備本發(fā)明的建筑材料，來自表1的特定原料與配方A的組合物將在以下作為配方B進行討論。配方B包括
配方B
l袋水泥？ ？約94磅
501bs砂石
201bs蛭石
5bls偏高嶺土
0.25磅聚丙烯微纖維
llb聚丙烯結構纖維
夸脫配方A的摻加劑
8加侖水
上述原料.與配方A的摻加劑會辦制備出可用于形成大量不同水泥基產(chǎn)品的 非常穩(wěn)定的單片粘性水泥基混合物。所得,材料是具，高拉伸和彈性強度以 及重量減輕的混祉材料。
此外，制備水泥基材料的強度可以得到提高，且通過使用通常用于農(nóng)業(yè)領域 以濕潤土地的液體或新鵬潤濕劑代替水，從而斷氐重量。還解決繼濕潤水泥 的問題，并由此制備出更穩(wěn)定均勻的混合物。 此外，當在具有吸收性的水泥基中 使用輕質(zhì)材料如蛭石時，在頓材料中捕獲的水汽長時間釋放至水泥基材料中以 增強水泥基材料，其能比常規(guī)的混凝土持續(xù)更長的時間，這是由于水泥材料的水 合能使其穩(wěn)定，從而使得材料迅速固化并還能固化的更牢固。
上述摻加劑和M還會調(diào)于混合水皿、灰泥和任意其它的水泥混合物。
此外，上述混合駄可以用于形成橡膠和塑料材料。例如，由乙酸酯、PVC、聚乙烯纖維和聚丙烯纖維形成的粘性組合物可以使用位位于在混合過程中每一獨立添加成分之間的凝膠乳液隔離層而制備。其能防止在其均勻混合之前各成分之間的反應。此外，上述納米顆粒、納米末和納米管的至少一種也能以所述的方式添加至混合物中，作為單獨的層或者作為單獨層的一部分，如表面活性劑以納米漿液的形式。
的本發(fā)明的組合物。
圖1是一流程圖，示出了用于制備本發(fā)明的摻加劑或##&由通常會彼此反
應的成分形成混合吻的^。如該圖戶;^，摻加劑如步驟s2中討論的通a^加
預定量的羧,聚醚，例如超塑齊,制備。隨后，如步驟S4中所述，在超塑齊if 上OT水、液懶萄濕劑或新MJK潤濕劑的M^—種的層以形成隔離層。如步驟S6
中在水、液^^濕劑或者^^潤M^的M^—種的層Jt^gms化丙烯， 例如自凝固劑的層。通常，當羧靴聚醚與^^丙烯混合時，會產(chǎn)生化學反應， 例如起泡。但是，其中水、液懶萄翻蜮新UM都厳啲M^—種的隔離層雜
最小化或者消除了在羧基化聚醚和羧,丙烯A之間的反應。此后，如步驟S8
中所述，水、液體潤濕劑或者》M^潤濕劑的至少一種的其他阻擋可以放置于縫
化丙烯層的上方。隨后，如步驟S10所述，脂^ 矣丙烯、二醇醚，例如收縮減少 齊阿以放置于羧謝七閃烯的上方。此后，可以混^I31這醜分組合形成的摻加
劑，而不會在用于制備^m^f料的成分中形成鵬。
如步驟12中所討論的，通過首先JM水、液懶鄰顯劑或者^l^潤濕劑的至 少一種隔離層，然后添加另夕卜的材料，例如空氣夾帶劑。如步驟S14中附寸論的， 在添加-'層羧基化聚醚、鈣、硝離和葡萄糖胺，例如減水劑時，在步驟S16所 述的隔離層上方之前，可以在空氣夾帶劑上定你JC、液懶't濕劑或新l^潤濕劑 的至少一種的層。還可以在先前層和例如步驟S18中討論的自，劑、如步驟S20 所討論的收縮M^劑和水、步驟S22中討論的排水劑等進一步的層之間體隔離 層。
在圖2中示出了包括層成分的筒的剖視圖，通常用數(shù)字10標。從該附圖 可以看出，水、液體潤濕劑或新M^潤濕劑，一種的隔離層28將摻加劑中的每 一種成分分離，從而M^或者防分間的腿。從該附圖可以看出，摻加劑通 過使用預定量的皿化聚醚，例如超塑劑12形皿層而形成。在羧基化聚醚14 上放置羧基化丙烯14，例如自凝固劑等層，其中具有7jC、液懶萄M喊者濕潤
濕劑至少一種的隔離層28。然后在羧基丙烯的層上防止水、液體潤濕劑或者凝
膠潤濕劑至少-一種的另夕卜的隔離層28，雜隔離層上體脂臓丙烯、乙二醇醚,16，例如收縮減少劑等層置于所述隔離層之上。然后可以M:將這些成分的組合 物混合形成摻加劑，而在用于制備建筑材料的成分之間沒有任何反應。
通過首先婦旨肪族丙烯、乙二醇醚 16上放置水、液體潤濕劑或者凝膠潤濕 劑至少一種隔離層28從而可以添加其他的材料，如空氣夾帶劑18到混含吻中。
可以在空氣夾帶劑上放置水、液懶萄濕劑或者W^潤翻IJ致一種的另外的隔離
層28，并在隔離層放置羧基化聚醚、鈣、硝酸鹽和葡萄糖胺20，例如水減少劑 的水溶液層。還可以在先前層和例如自緊密劑22、 收縮減少劑24和防水劑26等 進—步的層之間放置隔離層。成分添加的",如離的示意粗l,。在實踐中， 只要水或奮潤濕劑形成的層位于各層之間，這些成分就可以按照任意的順序添加， 并能保持層間的分離直至混合形成摻加劑。
圖3是一流程圖，示出了Uffl上述參照圖1和2討論的^J[]劑制備，材料 的M。為了制備本發(fā)明的建筑材料，如步驟S100中討論的，將所需量的摻加劑 填料，例如蛭石與基本能浸透蛭石量的水和潤濕劑的至少一種聯(lián)用。此外，需要 向蛭石中添加微纖維。然后，如步驟S102中討論的，向魏的蛭石和微纖維中 添加測定量的水泥。還可以將砂石、二氧化硅其其他成分，例如玻璃纖維或者其 他纖維與水泥-起添加。然后，如步驟S104中討論的，向水泥和蛭石/微纖維的 組合物中添加上述的摻加劑。此時，如步驟S106中討論的，需要時可以向組合 物中添加偏高嶺土，例如火山灰材料。然后，如步驟S108臓，可以添加結構 纖維。如艦數(shù)字110標記的箭頭指出的，必須或者為了獲得所需的耐久性，可 以連續(xù)加入偏高嶺土和結構纖維。，全不過程在混合裝置中進行，并在整個過程中 持續(xù)混合。在添加水泥后，必須添加額外的水或者潤濕劑。
可選擇地，如圖4所示，該方法可以在靜態(tài)混合器400中進行。如可以在該 附圖中看出的，在靜態(tài)混合器400的頂部漏斗404中，并沿著軌道406、 408添 加制備建筑材料所需的成分402,在其中持續(xù)攪拌成分。從位于其上的管410加 入混合器的是本發(fā)明的摻加劑。摻加劑可以單獨或者與水或者潤濕劑—起,給 水泥。將摻加劑與水或者潤濕劑置于于存儲器泵中并在壓力下供入靜態(tài)混合器400
中以與水泥反應制類似固體的糊狀粘性物質(zhì)。在組合物的成分402 通過靜態(tài)混
合器400吋，它們被持續(xù)攪拌而形成均勻的混合物。向置于態(tài)混合器400中的
成分402施加壓力418，從而強制向靜態(tài)混合器400中加入成分并將成分402從 其中壓出。壓力418可以通過任何能夠產(chǎn)±足夠壓力的物質(zhì)提供，例如氮氣或者 空氣。然后在靜態(tài)混合器400的底部清除混合的組，以移除壓力誘導劑。
本發(fā)明的摻加劑育辦制備具有預澆鑄混凝土的所有特性而沒有任何缺陷的 皿材料。iOT上述的摻加劑和制備的材料與混^h相比重量較輕，更牢固 且更不易開裂。該^i通過以獨特的方式組合原料而創(chuàng)造了新的材料。將諸如混 凝土、砂石、偏高嶺土、蛭石、纖維等材料與摻加劑組合，將這艦常無法結合 的成分結合在一起，從而制備出具有粘合物質(zhì)的產(chǎn)品，其具有鉢上均優(yōu)于常規(guī) 混凝土的壓縮彎曲和抗張強度。
除了制柳頃的結合組分以外，所述的摻加劑會辦將大量的偏高嶺土、火山
灰材料加入混糊中。這在過去是不可能的。火山減天然或者:nik制備的材料，
其會與波蘭水泥(Portland)的水合釋放的石灰反應。皿該反應，添加的偏高嶺 土有效地將自由石灰消除并將最終材料轉化為穩(wěn)定的水泥基產(chǎn)品。火山灰也能降 低水泥糊劑的滲透性。這有助于防止冒泡和低滲透性的水溶液中的滲透性物質(zhì)的 沒入，從而獲得持久水泥基混合物，其能抵抗硫離、酸、冷凍或辦凍剝牛、 去冰鹽和海水的^t蟲。itWh輕質(zhì)填料，例如蛭石添加到摻加劑中不僅有助于降 低最終產(chǎn)品的重量，還能吸收液體和水等。該材料緩慢且^ 固化，這是由于 蛭石在混合物中水的蒸發(fā)隨時間釋放的作用。因此，水泥基最終產(chǎn)品以液體的形 式持續(xù)提"f共，從而將開裂的可能性最小化并強化了 產(chǎn)品。
此外，本發(fā)明的摻加劑可以與含有，一種包含納米粒和納米管的第二混合物結合而制備水泥基材料。納米顆粒和/或者納米管的第二混合物5M增加。此 外，所得水泥S^料的重量基本上比常夫JiUK^^料輕?？蛇x糊，如下文中參考圖5和6的討論的，本發(fā)明的建筑材料可以包括在混合過程中均勻分布在分戶物中的納米顆粒和或者納米管。
此處的靜態(tài)混合器也是混合表面活性劑和納米顆?；旌媳砻婊钚詣┖图{米微粒顆粒混合物制備本發(fā)明的納米凝膠或者納米漿液的優(yōu)選方式。靜態(tài)混合器使得納米顆粒均勻的混合以便在表面活性劑中保持懸浮。此外，如上所述，與參加劑相似，在制備納米凝膠或者漿液時，其它纖維材料還可作為組分加入通過靜態(tài)混合器混合。可選擇地，利用CONN③牌刀片的混合工藝可成功地混合表面話性劑和納米顆?；旌衔镆灾苽浔景l(fā)明的納米凝膠。
圖5是一流程圖，示出了如何制備其他實施方式的摻加劑。與圖1類似，如 步驟S500中示出的，在筒中加入超塑劑。然后，重要的是如步驟S502中討論的 形成隔離層。然而，與圖1中制備的摻加劑不同，在步驟S502中形成的隔離層 是由HLB值為7—9的非離子表面活性劑的潤濕劑形成。然后，如步驟S504所 示，第一隔離層上加入預定量的收縮減少劑。非離子表面活性劑第一隔離層防止超塑劑與收縮減少劑彼此反應。如步驟S506所示，第二隔離層通過第二收縮減少劑和超塑劑的層上添加非離子表面活性劑形成。然后，如步驟S508所 示，在第二隔離層上添加由硅基氧化物形成的納米顆粒層。納米顆粒的硅基氧 物為之后與水泥基材料結合以制備最終的摻加劑的混合中賦予增強的硬度和提高 的結構支持。如步驟S510,在納米顆粒材料、收縮減少劑和超塑劑上添加非離子 表面活性劑的第三隔離層。此后，步驟S512需要在第三非離子表面活性劑隔離 層上添加的乳液材料層。如歩驟S514所需，在乳液層上添加最終第四非離子表面活性劑隔離層。這就完成了本發(fā)明摻加劑的其他實施方式。然后，在步驟S516 中，將完全層化的摻加劑與預定的水泥基材料結合以制備用于制備建筑材料的混 物產(chǎn)品，該建筑材料具有有利于形成優(yōu)異建筑材料的優(yōu)異的拉伸強度、硬度以 及結構特性。
可選擇地，步驟S502、 S506、 S510和S514可以包括使用乳液作為位于超 塑劑、收縮減少劑和納米顆粒之間的隔離層。此外，由硅基氧化物形成的納米顆 粒層可以分散在摻加劑的其他層中。更具體而言，納米顆?？梢耘c本發(fā)明摻加劑的乳液超塑劑和收縮減少劑聯(lián)用。
此外，參考圖5，步驟S508可以從上述的工藝中省略。特別地，可通過利 用納米表面活性劑槳液或凝膠作為潤濕劑來改變步驟S502、 S506和S514。
用于形成本發(fā)明摻加劑的每一種獨立成分的比例有所不同。但是，每一種成 分量的改變會改變最終產(chǎn)品的性質(zhì)，如重量、強度、耐久性和硬度。因此，比例 可以基于欲制備的產(chǎn)品所需要的性質(zhì)進行改變。如下文討論的，該與本發(fā)明的摻 加劑一起使用的成分改變的比例也能應用于水泥基材料的最終混合物中。通過改
變成分的比例，建筑材料的最終性質(zhì)也會艘。因此，材料可以基于建筑材料期 望獲得的性質(zhì)而改變。
圖6是具有本發(fā)明摻加劑其他方式的筒600的截面圖。每一層的超塑劑602 豐繊置在筒600的底部。該筒還包括一層TO控制試劑608、 一M^歸化物納顆粒610和一層乳液材料612。位于每一個層6Q2、 608、 610、 612之間的是由 非離子表面活性劑形成的隔離層604。隔離層的位置的，這是由于隔離層 防止摻加劑的對蜮分在本發(fā)明鄉(xiāng)材料的制備中，與水泥材料組合前發(fā)生不期望的混合。重要的是包括保持成創(chuàng)拉，皿婦JC泥材料的^下將其組合，從 而確保每一3拉的成分在制備建筑材料時賴勻MA混她中。該均勻的組合物 使得每--獨立成分的性質(zhì)被用用到最終混^中。
可選擇地，可以移除硅基氧化物納米顆粒層并與至少乳液材料612的層和非 離子表面活性劑604的層組合。
將圖5和6屮描述的摻加劑通過以上具體參照圖3和4描述的方法與水泥材 料組合。本發(fā)明的摻加劑由于具有硅,化物納米顆粒，因此一旦與上上述泥均 勻混合，就能產(chǎn)生具有與之相關的優(yōu)異強度和硬度的，材料。在晶格級別上注 入一定金屬的硅基氧化物納米顆粒能與水泥材料結合，從而增得混，的硬 度和結構支持。此外，通過夾雜非離^面活性劑，所得建筑材料的重量明顯降 低，同時還保持了其強度。
本發(fā)明的摻加劑能制備具有預澆鑄混凝土的所有特性而沒有任何缺陷的輕 質(zhì)材料。使用上述討論的摻加劑和方法制備的材料與混凝土相比，重量較輕，更 牢固且更不易開裂。該施艦以獨特的方式組合原料而創(chuàng)造了新的材料。將諸 如混凝土、沙石、偏高嶺土、蛭石、纖維等材,摻加劑組合，將鵬通常無法 結合的成分結合在一起，從而制備出具有粘合物質(zhì)的產(chǎn)品，其具有基本均勻優(yōu)于常 規(guī)混凝土的臓彎曲和抗張3破。艦本發(fā)明的摻加劑，通過討論的方法形成的 混合材料能創(chuàng)l新的最終產(chǎn)物。例如，混合材料可以用于制備能以低赫用于覆 蓋泡沫、金屬和減者木材的輕質(zhì)薄板，并能提供非常昂貴的切割石、大理石、石 灰石、木材等。因此，由于所得的混合物中具有硅基氧化物納米顆粒，因此通過 材料獲得的增強的耐,性是一樣重要的。皿具有增強的耐擦拭性，材料對于
來自其他物體的無意或者故意的接觸具有抵抗性該接觸通常會侵蝕建筑材料并對其結構完整性產(chǎn)生壞的影響。
此外，本發(fā)明的摻加劑允許欲制備的材料的粘l^生M，使得可以添加蛭石、納米顆粒、納米管和纖維材料的至少一種。該粘度能通過添加粘度控制劑進 一步增加，這能改變組合物的粘度，從而實現(xiàn)不同的目的。因此，該摻加劑能有效地用于包括水泥材料以及塑料的多個域中。
除了上述用于形成改進的建筑材料的目的之外，由預定的納米顆粒和表面活性劑結合形成的納米漿液或者凝膠可用于與其它材料聯(lián)用如涂料, 密封劑, 其可用于此處創(chuàng)造性的建筑材料以及傳統(tǒng)的建筑材料如水泥、木材、塑料等。納米漿液與上述其它產(chǎn)品的結合可創(chuàng)造出戶脫產(chǎn)品的新的、艦型式。特別地，納米顆 粒能夠懸浮在納米漿液之中可提高該產(chǎn)品的化學、電學、結構和光學特性。
為了上述成果和向光性的目標，本發(fā)明可以以附圖、注意中闡述的方式實現(xiàn)， 然而請注意事實是，附圖僅用于闡述，在所附權利要求中，可以在闡述或者描述 的特定結構中作出改變。
可以理解地是，還可以發(fā)現(xiàn)上述成分的一種、兩種或者多種可以用于其他 不同于上述類型的其他類型的方法中。
由于本發(fā)明摘定的新的特征已經(jīng)在所附權利要求中示出、描述并指出，因此 其并不試圖受限于上述的詳細內(nèi)容，因為可以理解的是，本領域技術人員在不脫 離本發(fā)明精神的范圍內(nèi)，可以對上述的裝置的形式和細節(jié)及操作中進行各種省略、'修改、替代和改變.
無需進一步地分析，上述的內(nèi)容將完全揭示本發(fā)明的精神，他人可以根據(jù)現(xiàn) 有的知識，容易地將其改變以適應各種應用而無需根據(jù)現(xiàn)有W省略特征，從而 恰當?shù)匦纬杀景l(fā)明普通和特定方面的重要特征。
權利要求
1. 一種組合物，包括納米顆粒和表面活性劑，其中所述的納米顆粒和所述的表面活性劑混合使得所述的納米顆粒均勻懸浮在所述的表面活性劑中。
2. 如權利要求i戶，的組合物，其中戶，的組合物是載體劑，用于將戶，的 納米顆粒相關的至少一種特性轉移至另外的化學品。
3. 如權利要求2戶，的組合物，其中另外的化學品包括密封劑、涂料、學L化 液、膠乳、氨基甲酸乙酯和冷用焦油瀝青中的至少一種。
4. 如權利要求2所述的組合物，其中所述的另外的化學品^7 。
5. 如權利要求2所述的組合物，其中朋述的至少一種特性是電學特性、化學 特性、光學特性和結構特性中的至少一種。
6. 如權利要求1所述的組合物，其中納米顆粒的量實質(zhì)上在1%_50%重量 之間。
7. 如權利要求1所述的組合物，其中所述的預定的表面活性劑的量實質(zhì)上在 50%_99%重量之間。
8. 如權利要求1戶，的組合物，其中戶，的組合物是 和漿液的至少一種。
9. 如權利要求1所述的組合物，其中所述的組合物是非離子表面活性劑、生 物可,和不可燃中的至少一種。
10. 如權利要1戶腿的組合物，還包括水，水的量是實質(zhì)上使得戶誠的組合 物含有至少80%重量的臓表面活性劑。
11. 如權利要求1所述的組合物，還包括會辦與所述的納米顆粒一起懸浮于 戶，的表面活性劑之中的纖維材料。
12. 如權利要求ll所述的組合物，其中戶，的纖維材料包括微纖維、結構纖 維和蛭石中的至少一種。
13. 如權利要求ll卵逸的組合物，其中所述的納米顆fM擇性的吸附于所述 的纖維材料。
14. 如權利要求1所述的組合物，還包括能夠與戶，的納米顆粒一起懸浮于 所述的表面活性劑之中的摻加劑。
15. 如權利要求1戶服的組合物，其中戶脫的摻加劑包括a) 超塑劑；b) 自凝固劑c) 收縮減少劑；和d) 多個隔離層，其中當制備摻加劑時，在戶，摻加劑的各個相鄰成分之間提 供一個戶腿多個隔離層以防止相鄰成分混合，由此將成分之間的反應降到最低， 并允許各種成分^^1的保持各自相關的特性。
16. —種制備組合物的方法，包括a) 提供一種表面活性劑；b) 向表面活性劑中加入納米顆粒；c) 混合戶，的納米顆粒和戶;M的表面活性劑，使得戶，的納米顆粒均勻分散并懸浮在戶脫的表面活性劑中直到形 液或 。
17. 如權利要求10所述的方法，其中所述的加入步驟是向靜態(tài)混合器中加入 表面活性劑合納米顆粒。
18. 如權利要求12戶腿的方法，還包括將漿液或凝膠加入到另夕卜的化學品中 以制備由此形成的所需要的最終產(chǎn)品。
19. 如權利要求16戶脫的方法，其中在混合步mt前，還包括向表面活性劑中加入纖維材料，其中所述的混合步驟還包括將纖維材料、納^t才料和表面活性 劑進行混合。
全文摘要
一種組合物，包括納米顆粒和表面活性劑，其中所述的納米顆粒和表面活性劑混合在一起，使得所述的納米顆粒均勻的懸浮于所述的表面活性劑之中。
文檔編號C04B40/06GK101208279SQ200580050267
公開日2008年6月25日 申請日期2005年9月20日 優(yōu)先權日2005年6月29日
發(fā)明者馬修·皮扎 申請人:卡彭特克利特有限公司