纖維增強粉煤灰基地聚物泡沫材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了纖維增強粉煤灰基地聚物泡沫材料及其制備方法，原料按照質(zhì)量百分數(shù)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(fā)劑15～30%，發(fā)泡劑0.2-2%，穩(wěn)泡劑2.5—3.5％。在進行制備時，以無機纖維做增強劑，礦渣為Ca調(diào)節(jié)劑，其它固體原料（粉煤灰、偏高嶺土和硅灰等）為提供鋁硅的粉體，采用液態(tài)堿激發(fā)劑，在加入發(fā)泡劑的同時還添加穩(wěn)泡劑。本發(fā)明制備的輕質(zhì)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。
【專利說明】纖維增強粉煤灰基地聚物泡沬材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)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】
[0002]地質(zhì)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(wǎng)狀結(jié)構(gòu)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(jīng)適當?shù)墓に囂幚淼玫降?，具有免高溫燒結(jié)的工藝特點。并且由于其獨特的結(jié)構(gòu)，不僅兼有有機高聚物、陶瓷、水泥的特點，還表現(xiàn)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(yōu)良的性能，地聚物已經(jīng)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(nèi)部的孔洞組成，由于具有能量吸收性能好、質(zhì)輕、氣孔率高等諸多優(yōu)異的性能，在保溫材料，結(jié)構(gòu)材料很多領域都獲得了廣泛的應用。粉煤灰是火力發(fā)電廠排放的固體廢物，近年來，由于它的大量堆積對環(huán)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(huán)境造成的壓力。同時該制備工藝是免高溫燒結(jié)的，極大地提高了節(jié)能減排的效率。目前，以無機類輕質(zhì)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(zhì)隔熱材料、泡沫材料或發(fā)氣混凝土材料等均存在該問 題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的技術目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，根據(jù)纖維增強原理及地聚物中鈣含量對強度的影響，本發(fā)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(diào)節(jié)Ca含量，制備性能穩(wěn)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(zhì)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。
[0004]本發(fā)明的技術目的通過下述技術方案予以實現(xiàn):
[0005]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(zhì)量百分數(shù)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(fā)劑15~30%,發(fā)泡劑0.2-2%，穩(wěn)泡劑2.5—3.5%,優(yōu)選鋁硅原料55~65%，礦渣8~12%，無機纖維3~5%，液體堿性激發(fā)劑20~25%，發(fā)泡劑1-2%，穩(wěn)泡劑2.5—3%。
[0006]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。
[0007]所述液體堿激發(fā)劑為強堿溶液與水玻璃的混合溶液，兩者質(zhì)量比為(1:0.8)—(1:1.2)，所述強堿溶液為質(zhì)量百分數(shù)為15 — 30Wt%的NaOH或KOH水溶液，所述水玻璃選用模數(shù)2.0~2.8的水玻璃(模數(shù)為SiO2 =Na2O的摩爾比)。[0008]所述發(fā)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(zhì)量比為2:1。
[0009]所述穩(wěn)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)。
[0010]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(diào)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。
[0011]利用上述原料，按照下述步驟進行:
[0012]步驟1，將無機纖維、硅鋁原料、礦渣進行攪拌混合均勻；
[0013]步驟2，將步驟I混合均勻的固體原料與液體堿激發(fā)劑、發(fā)泡劑和穩(wěn)泡劑混合攪拌均勻；
[0014]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(fā)泡，例如選擇在振動臺振動2— 5分鐘；
[0015]步驟4，將模具置于20~50°C，濕度80-90%條件下進行固化，24小時后進行脫模；
[0016]步驟5，將脫模后的產(chǎn)品在常溫20— 25°C大氣環(huán)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。
[0017]本發(fā)明技術方案以一定長徑比的無機纖維為增強劑，粉煤灰為主要原料，通過簡單工藝在低溫固化免養(yǎng)護的條件下制備高強度地聚物泡沫材料。本發(fā)明的技術方案以無機纖維做增強劑，礦渣為Ca調(diào)節(jié)劑，其它固體原料(粉煤灰、偏高嶺土和硅灰等)為提供鋁硅的粉體，膠凝活性激發(fā)劑為堿激發(fā)劑，在加入發(fā)泡劑的同時還添加適量的穩(wěn)泡劑。本發(fā)明通過對煤燃燒后產(chǎn)生的粉煤灰直接進行利用，利用粉煤灰中的主要成分是氧化鋁和氧化硅，并且具有火山灰活性的特點，通過加入氫氧化鈉對粉煤灰進行堿激活發(fā)生地聚反應，并利用單質(zhì)Al在堿性條件下發(fā)生化學反應，產(chǎn)生氣體以在漿料中發(fā)泡，制備出具有低密度高強度的地聚物基泡沫材料。在減少固體廢棄物污染和空氣污染的同時，實現(xiàn)粉煤灰的高值利用。這種泡沫材料不僅符合對一級保溫板的要求，并且工藝簡單，免燒結(jié)，滿足節(jié)能減排的要求，適用于各種保溫、隔熱、隔音、耐火方面的應用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明的制備方法流程圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合具體實施例進一步說明本發(fā)明的技術方案。
[0020]實施例一:
[0021]將蘇州土 (主晶相為高嶺土)在700°C下鍛燒2h，獲得偏高嶺土。稱取該材料100g，礦渣50g，粉煤灰500g，各種原料粒度為0.045mm篩余小于30%，稱取40g長度0.5mm~Imm的玻璃纖維和2.5克鋁粉，加入到固體原料中，混勻。
[0022]量取120ml水玻璃，模數(shù)2.8，密度1.35g/ml ;量取120ml濃度為30wt%氫氧化鈉溶液；將水玻璃溶液和氫氧化鈉溶液混合，靜置2小時得到堿性激發(fā)劑溶液，量取25ml復合穩(wěn)泡劑(密度接近lg/cm3)，復合穩(wěn)泡劑中油酸:三乙醇胺:水=1:3:36 (體積比)與堿激發(fā)劑溶液混合攪拌均勻后加入到上述固體物料當中，邊加溶液邊攪拌，直至混合均勻。將混合后的物料澆注到模具(鋼質(zhì)或塑料)中，將模具置于振動臺上振動2分鐘，使其充分填充模具并靜置30分鐘，使其充分發(fā)泡，密封，放于養(yǎng)護箱中，在溫度40°C，濕度90%條件下養(yǎng)護24小時固化，脫模后在大氣自然環(huán)境下放置，對不同齡期樣品進行性能測試.[0023]礦渣的化學組成:
[0024]
【權利要求】
1.纖維增強粉煤灰基地聚物泡沫材料，其特征在于，其原料及其用量，按照質(zhì)量百分數(shù)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(fā)劑15~30%，發(fā)泡劑0.2-2%，穩(wěn)泡劑2.5—3.5%，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I混合均勻的固體原料與液體堿激發(fā)劑、發(fā)泡劑和穩(wěn)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(fā)泡； 步驟4，將模具置于20~50°C，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(chǎn)品在常溫大氣環(huán)境下靜置，得到粉煤灰地聚物泡沫材料； 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 ；所述硅鋁原料和爐渣主要為體系提供元素硅、鋁和鈣，并通過調(diào)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≤硅與鋁的摩爾比≤4，2≤硅與鈣的摩爾比≤ ；所述液體堿激發(fā)劑為強堿溶液與水玻璃的混合溶液，兩者質(zhì)量比為(1:0.8) — (I:1.2)，所述強堿溶液為質(zhì)量百分數(shù)為15 — 30Wt%的NaOH或KOH水溶液，所述水玻璃選用模數(shù)2.0~2.8的水玻璃，所述模數(shù)為SiO2 =Na2O的摩爾比； 所述發(fā)泡劑為由茶皂素 和十二烷基磺酸鈉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(zhì)量比為2:1; 所述穩(wěn)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1:3:36o
2.根據(jù)權利要求1所述的纖維增強粉煤灰基地聚物泡沫材料，其特征在于，優(yōu)選鋁硅原料55~65%，礦渣8~12%，無機纖維3~5%，液體堿性激發(fā)劑20~25%，發(fā)泡劑1_2%，穩(wěn)泡劑 2.5—3%。
3.根據(jù)權利要求1所述的纖維增強粉煤灰基地聚物泡沫材料，其特征在于，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%。
4.根據(jù)權利要求1所述的纖維增強粉煤灰基地聚物泡沫材料，其特征在于，所述爐渣的細度為0.045mm,篩余〈30%。
5.根據(jù)權利要求1所述的纖維增強粉煤灰基地聚物泡沫材料，其特征在于，在所述步驟3中，選擇在振動臺振動2— 5分鐘；在所述步驟5中，所述常溫為20— 25°C，所述靜置時間為7-一28天。
6.纖維增強粉煤灰基地聚物泡沫材料的制備方法，其特征在于，其原料及其用量，按照質(zhì)量百分數(shù)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(fā)劑15~30%，發(fā)泡劑0.2-2%，穩(wěn)泡劑2.5—3.5%，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I混合均勻的固體原料與液體堿激發(fā)劑、發(fā)泡劑和穩(wěn)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(fā)泡； 步驟4，將模具置于20~50°C，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(chǎn)品在常溫大氣環(huán)境下靜置，得到粉煤灰地聚物泡沫材料；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 ； 所述硅鋁原料和爐渣主要為體系提供元素硅、鋁和鈣，并通過調(diào)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≤硅與鋁的摩爾比≤4，2≤硅與鈣的摩爾比≤5 ； 所述液體堿激發(fā)劑為強堿溶液與水玻璃的混合溶液，兩者質(zhì)量比為(1:0.8) — (1:`1.2)，所述強堿溶液為質(zhì)量百分數(shù)為15 — 30Wt%的NaOH或KOH水溶液，所述水玻璃選用模數(shù)2.0~2.8的水玻璃，所述模數(shù)為SiO2 =Na2O的摩爾比； 所述發(fā)泡劑為由茶皂素和十二烷基磺酸鈉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(zhì)量比為2:1; 所述穩(wěn)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1:3:36o
7.根據(jù)權利要求6所述的纖維增強粉煤灰基地聚物泡沫材料的制備方法，其特征在于，優(yōu)選鋁硅原料55~65%，礦渣8~12%，無機纖維3~5%，液體堿性激發(fā)劑20~25%，發(fā)泡劑1-2%，穩(wěn)泡劑2.5—3%。
8.根據(jù)權利要求6所述的纖維增強粉煤灰基地聚物泡沫材料的制備方法，其特征在于，所述娃招原料選擇粉煤灰、高嶺土或者娃灰，所述招娃原料的細度為0.045mm,篩余〈30%。
9.根據(jù)權利要求6所述的纖維增強粉煤灰基地聚物泡沫材料的制備方法，其特征在于，所述爐渣的細度為0.045mm，篩余〈30%。
10.根據(jù)權利要求6所述的纖維增強粉煤灰基地聚物泡沫材料的制備方法，其特征在于，在所述步驟3中，選擇在振動臺振動2—5分鐘；在所述步驟5中，所述常溫為20—25°C，所述靜置時間為7—28天。
【文檔編號】C04B14/40GK103601524SQ201310538272
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月1日 優(yōu)先權日:2013年11月1日
【發(fā)明者】杜海燕, 高婉琪, 陳小平, 鞏曉曉, 王敏 申請人:天津大學