[发明专利]一种壳聚糖增强碳化硬化体的制备方法

说明书

本发明公开了一种壳聚糖增强碳化硬化体的制备方法，包括以下步骤：将低分子量壳聚糖与水按0.02～0.1g/mL配置成溶液备用；选取高碳化活性硅酸钙矿物，通过粉磨控制其粒度为5‑15μm备用；将粉磨后的硅酸钙与壳聚糖水溶液混合，经搅拌、研磨后使其混合均匀，通过压制成型，然后在二氧化碳气氛下养护获得碳化硬化体材料。本发明创造性的利用壳聚糖增强碳化硬化体，使其具有更高的力学性能，壳聚糖在碳化体中可以调控碳化产物晶型，促进钙离子溶出从而促进碳化反应的进行。该增强技术成本低廉，工艺简单，并且极大地提高了碳化硬化体的机械强度，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种壳聚糖增强碳化硬化体的制备方法。

背景技术

波特兰水泥自1824年发明以来，由于其良好的力学性能和施工性能成为世界上应用最为广泛的建筑材料。然而，水泥工业是全球公认的二氧化碳排放大户，其二氧化碳排放主要来源于化石燃料的燃烧与碳酸钙的分解。根据英国皇家国际事务研究所和国际能源署2016年的两份报告中显示，在2016年一年的时间中，全球整个水泥行业排放了22亿公吨的二氧化碳，在全球碳排放总量中占比达到8％。而中国在高速发展的今天，对水泥混凝土等建筑材料的需求日益增长，2016年中国水泥产量占全球水泥产量的50％以上。因此，减少水泥工业的碳排放，寻求水泥工业的可持续发展是刻不容缓的事情。

在1979年，Bukowski和Berger发现了无水化活性的硅酸钙表现出对二氧化碳的反应活性，Papadakis等学者也通过研究发现可水化的硅酸钙也表现出对二氧化碳的反应活性。近年来，由于成型与碳化工艺的提升，高活性硅酸钙矿物碳化硬化体成为了研究热点，其高二氧化碳吸收量，快速的强度发展，优越的力学性能，使其有望成为水泥工业可持续发展的突破点。中国发明专利CN201810468190.8公开了一种固碳混凝土预制件的制备方法，其利用工业废气与混凝土预制件进行碳化反应达到了降低工业废气中二氧化碳排放的目的；中国发明专利CN201811491680.6公开了一种0-3型PZT-钢渣压电复合材料，采用钢渣碳化硬化形成压电复合材料基体，利用粉料预混压制成型模式提高了压电相在基体内的分散，并具有较高的力学性能。

壳聚糖是甲壳素脱乙酰基的产物，其广泛存在于海洋生物、藻类、高等植物细胞壁等中，是地球上仅次于植物纤维的第二大生物资源。其在贝壳中与碳酸钙形成高度有序的结构以及对碳酸钙生长过程的控制赋予了贝壳高强高韧的性能，在碳化硬化体中，碳酸钙是碳化过程中的主要产物，与贝壳的组成相似，这为壳聚糖在碳化硬化体中的应用提供了启发。

发明内容

本发明目的在于进一步提升碳化硬化体的力学性能，扩展其在建筑材料与功能材料领域的应用，提供了一种生产成本低廉、工艺简单的增强碳化硬化体的制备方法。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种壳聚糖增强碳化硬化体的制备方法，包括以下步骤：

1)将低分子量壳聚糖与水按0.02～0.1g/mL配置成溶液备用；

2)选取高碳化活性硅酸钙矿物，通过粉磨控制其粒度为5-15μm备用；

3)将粉磨后的硅酸钙与壳聚糖水溶液混合，经搅拌、研磨后使其混合均匀，通过压制成型，然后在二氧化碳气氛下养护获得碳化硬化体材料。

按上述方案，所述高碳化活性硅酸钙为硅酸三钙(C₃S)、γ型硅酸二钙(γ-C₂S)、β型硅酸二钙(β-C₂S)、硅酸一钙(CS)中的一种。

按上述方案，所述低分子量壳聚糖分子量低于5000，为甲壳素脱乙酰基制得。

按上述方案，步骤3中压制成型压力为10-100MPa，保压时间为3-5min；二氧化碳气氛下养护压力为0.1-0.5MPa，养护时间为10-48h。