[发明专利]一种可塑性变形地质聚合物材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种可塑性变形地质聚合物材料的制备方法，该地质聚合物材料由偏高岭土、工业水玻璃、九水合硅酸钠、氢氧化钠按一定质量分数比混合浇注成型，常温养护而成。本发明制备工艺简单，制备得到的地质聚合物材料具有无毒、低成本、早强、快硬、耐酸耐碱、绿色环保、性能稳定的特点，可满足低温相变储热领域的地质聚合物材料，有望在相变储热领域得到应用。

技术领域

本发明属于材料工程技术领域，涉及一种可塑性变形地质聚合物材料的制备方法。

背景技术

地质聚合物(Geopolymer)是在强碱或强酸条件下，将含无定形SiO₂和Al₂O₃的铝硅酸盐矿物与碱溶液、碱性盐溶液或磷酸、磷酸盐溶液混合，经过缩聚反应生成的由硅氧四面体、铝氧四面体或磷氧四面体构成的无定形三维网络凝胶体。地质聚合物材料的应用可追溯到古代，即以高岭土、白云岩或石灰岩与盐湖成分Na₂CO₃、草木灰成分K₂CO₃以及硅石的混合物，加水拌和后产生强碱NaOH和KOH，与其它组分发生反应，生成矿物聚合粘结剂而制成人造石。由于该材料体积密度小（1.3~1.9g·cm^-3），轻质高强；耐腐蚀性、耐水热性、体积收缩小、高温热稳定性及耐久性良好；同时具有绿色环保等优点。使其逐渐成为近年来国际上研究非常活跃的材料之一。但其抗弯、抗拉强度低，抗冲击强度差，脆性大，易开裂等问题，这些都限制了其发展与应用。

相变材料是指随温度变化而改变形态并能提供潜热的物质。目前应用较多的是固-液相变材料，相变材料由固态变为液态或由液态变为固态的过程称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。国内外有研究表明，当地质聚合物制成泥膏状时具有良好的可塑性。有研究学者研究了地质聚合物混凝土的冲击变形特性，研究表明采用矿渣、粉煤灰等地质聚合物材料代替水泥作为胶凝材料，并以硅酸钠和氢氧化钠为激发剂，可以制备变形性能良好、能相变储热的地质聚合物材料。

发明专利（专利号201711455186.X）公开了一种聚氯乙烯相变储热板材的制备方法，通过该法制备的相变储热材料储热能力有所提高，但聚氯乙烯在高温明火下分解产生有毒气体，在一些领域存在风险。专利号CN201810889301.2是一种有机/无机复合储能相变材料的制备方法，该制备方法具有一定的相变储热性能，但该法所制备的材料有腐蚀性、成本较高，这限制了其发展应用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有相变储热材料存在的有腐蚀性、高温分解、成本高和不可塑变形等缺陷，提供一种可塑性变形地质聚合物材料的制备方法，本发明制备工艺简单，制备得到的地质聚合物材料具有无毒、低成本、早强、快硬、耐酸耐碱、绿色环保、性能稳定的特点，有望在相变储热领域得到应用。

本发明的方案是通过这样实现的：

一种可塑性变形地质聚合物材料的制备方法，主要由偏高岭土、工业水玻璃、九水合硅酸钠、氢氧化钠按一定质量比混合浇注成型，常温养护而成。

作为本发明的进一步说明，可塑性变形地质聚合物材料的制备方法具体包括以下步骤：

（a）水玻璃溶液的制备：按照质量比约为（3.3~3.5）: 1称取工业水玻璃和氢氧化钠，将工业水玻璃和氢氧化钠进行超声搅拌溶解配成固定模数1.0的水玻璃溶液；

（b）液相L的制备：按照质量比约为（2.5～4.7）: 1称取水玻璃溶液与九水合硅酸钠，利用搅拌子将水玻璃溶液与九水合硅酸钠进行超声搅拌混合60min、静置一段时间后得到液相L；

（c）以偏高岭土为固相S，将固相S与液相L置于高速分散机中，在转速为2000r/min的转速条件下混合搅拌15min即可得到可塑性变形地质聚合物浆料，其中，液相L与固相S质量比例约为：L : S=2.95～325.52；