[发明专利]一种聚合物复合无机胶凝材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种有机-无机复合材料的制备方法，尤其是一种聚合物复合无机胶凝材料的制备方法。

背景技术

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。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种聚合物复合无机胶凝材料的制备方法。本发明通过毛细吸收法，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。

本发明解决技术问题的技术方案为提供一种聚合物复合无机胶凝材料的制备方法。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。