[发明专利]一种纳米凝胶外加剂及其制备方法和应用、3D打印地聚物材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种纳米凝胶外加剂及其在中钙体系地聚合物中的应用、3D打印地聚物材料及其制备方法和应用，涉及建筑材料技术领域。本发明将水、纳米二氧化硅、纳米氧化铝和纳米氢氧化锂混合，水热合成反应后静置养护，通过控制水热合成反应和静置养护的条件，制备得到的纳米凝胶外加剂在打印时对材料动、静态屈服强度有明显的提升，极大的减少了材料挤出后发生的形变；纳米凝胶外加剂还能够在地聚物基体中更快的形成网络状的地聚物凝胶，加快地质聚合反应；纳米凝胶外加剂能够使得材料的结构更加致密，改善3D打印构件的各向异性；在较低用量下，纳米凝胶外加剂对3D打印地聚物材料的打印全过程具有明显的改善效果。

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种纳米凝胶外加剂及其制备方法和应用、3D打印地聚物材料及其制备方法和应用。

背景技术

3D打印建筑(别名“增材制造”)的工作原理是在电脑中输入打印的模型，通过打印机自动将材料堆积或黏合成三维物体，即“分层打印，层层叠加”，具有无模板、自动化施工的突出优势，成为当今研究的一大热门。但是3D打印技术对打印材料具有特殊的要求，需要材料在挤出时具有一定的流动度，满足能连续挤出材料的要求，同时挤出后又需要材料具有一定的强度和抗变形能力，能够承载上部材料自重而不发生大的变形，这样就要求材料需要有适配的流变性能，如较大的触变性和较高的动、静态屈服强度。由于层层堆叠的打印形式，使构件具有各向异性这种特性，导致在层与层之间的粘合处容易产生应力集中，引起打印构件的破坏。因此，改善打印材料的流变性能，削弱构件各向异性带来的影响是提升3D打印制品整体性能的重要方式和手段。

对3D打印各项异性的改善通常选择环氧树脂或乳胶粉等材料对层间界面进行涂抹，增强材料的层间粘结强度。上述改善方式虽然能够起到局部增强的作用，但敷涂操作需要与打印交替进行，具体操作方式较为复杂、繁琐，对打印设备要求高，且在一定程度上破坏了基体材料的整体性，不利于构件后期的发展。

现阶段对3D打印材料流变性能的改善，除了改变材料的基体外，一般选择掺加一些影响粒子运动和具有吸附水结构的外加剂。其中，外加剂的作用机理主要有两类：一是由于外加剂本身具有层状和多孔结构，能够吸附水从而影响材料的流变性能；二是外加剂表面具有如羟基结构和氢键等化学键，影响材料分子间的运动，进而影响材料的流变性能。目前，常用的外加剂主要为膨润土、硅藻土和偏高岭土等。然而上述外加剂对流变性能的改变都会带来其他方面的缺陷，如流动性变差，后期强度降低等。