专利名称：纳米黏土胶凝材料的制备与应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种纳米黏土胶凝材料的制备与应用。
背景技术：
无机胶凝材料有石灰、石膏、镁土、水泥材料等。其中石灰、石膏、镁土材料存在耐水性和耐腐蚀性差的缺点，因而限制了其应用范围。水泥材料是一种高污染、高能耗及消耗大量资源的无机胶凝材料。根据已查明的优质石灰石矿贮量，数十年即将用尽。制备水泥熟料时煅烧温度高达1400℃，尤其是排放大量的温室气体CO2、NOx与粉尘，已对人类环境造成严重的危害。
发明内容
本发明的目的是要提供一种优质、优用、低耗、耐久、环境相容、用途广泛的纳米黏土胶凝材料的制备与应用。它以“天然的纳米材料”层状黏土矿物为主要成份，用Na2SiO3与碱混合水溶液渗入层状黏土矿物纳米尺度的层间，引发“纳米聚合”效应，在常温环境中自行硬化。可应用于军事工程、土木工程、核能、化工、航空航天、模具制造、环境保护及建筑装饰等领域。
本发明的目的是用以下方法来实现的。
纳米黏土胶凝材料的组成为纳米黏土10～80％，纳米聚合引发剂10～60％、活化材料0～80％、功能填充材料0～350％、外加剂0～30％。
纳米黏土的制备。
自然界里具有层状结构的黏土矿物，其片层尺度在1～100nm之间。因此，层状结构的黏土矿物本身就是“天然的纳米”材料。由于制备方法的原因，市场上所提供的商品黏土矿物不具备纳米材料颗粒特征，而是0.5～44μm左右的团聚体，应用时不能体现“纳米效应”。黏土矿物的晶体构造层是由硅氧四面体晶片与铝氧八面体晶片组合形成，其极性作用在晶片层之间形成氢健，导致晶片层之间连接紧密、性能稳定，水分子很难进入。也是黏土矿物分散度低，不具备纳米材料颗粒特征的根本原因。本发明的方法是将黏土原矿制成泥浆，使黏土矿物以颗粒状单体形态在水中解离分散。当呈现中性—碱性的稳定分散状态，再分级除砂，去掉石英、长石、云母碎屑和岩屑矿物等粗粒杂质。除砂后的黏土泥浆通过高压装置挤出，在压差瞬间变化的作用下，产生空穴效应，使黏土矿物的晶面沿结合氢键间层层剥开，水分子插入晶层之间。经脱水干燥后装入窑炉在500～800℃之间煅烧，脱除结晶水，形成既保持黏土矿物的片状形态，又存在大量纳米级片层裂隙通道的无定形松散粉体，即本发明所述的纳米黏土。
纳米聚合引发剂的制备。
将湿法除砂中分离的石英砂或商品石英砂与Na2CO3、KOH、NaOH材料中的一种配合，以传统工艺制备成Na2SiO3。经离子交换、精滤工序后加入聚磷酸盐并混合反应，用Na2CO3、KOH、NaOH、CaO材料中的一种，重新调整PH值，干燥后形成本发明所述的纳米聚合引发剂。
活化材料是粉煤灰、炉渣、矿渣、沸石、硅灰。
功能填充材料是矿物集料、轻集料、金属、纤维。
外加剂是MC、HPMC、Na2SiF6、H3BO3、澎润土、磺酸盐、颜料。
本发明所述的纳米黏土胶凝材料的制备与应用。
称取本发明所述的纳米黏土20～80％、活化材料0～80％、纳米聚合引发剂10～60％、功能填充材料0～350％、外加剂0～30％，经混合均匀，磨细后包装，即制备出本发明所述的纳米黏土胶凝材料。
把本发明所述的纳米黏土胶凝材料加水10～80％，搅拌均匀，溶解在水中的纳米聚合引发剂渗入纳米黏土粉体的片层裂隙通道中，显现“纳米聚合”效应，自行硬化。
具体实施方法下面结合实施例，对本发明做进一步地详细描述。
实施例一、将黏土原矿制成泥浆，呈现中性—碱性(pH＝8)的稳定分散状态，再分级除砂，除砂后的黏土泥浆通过高压泵(6.00×107Pa)以1000m/s线速度从窄缝中摩擦挤出，经脱水干燥后，装入窑炉在780℃煅烧2h，脱除结晶水，成为本发明所述的纳米黏土。
石英砂与NaOH溶液1∶1配合加入反应釜中加热，形成Na2SiO3经离子交换、精滤，加入2％三聚磷酸钠搅拌反应4h，用NaOH溶液或CaO重新调整pH值＝14。经喷雾干燥后形成本发明所述的纳米聚合引发剂。
称取本发明所述的纳米黏土80kg、纳米聚合引发剂20kg、HPMC0.4kg，混磨均匀后包装，即制造出发明所述的纳米黏土胶凝材料。可应用于军事工程、土木工程、核能、化工、航空航天、模具制造、环境保护及建筑装饰等领域。
实施例二、
称取实施例一纳米黏土胶凝材料400kg、矿渣或沸石300kg、硅灰30kg。矿物集料540kg、MC6kg、放射核废液(含固量≤60％、PH≥7、已脱NOX)1440Kg入搅拌机混合均匀，浇注于核废料专用容器内，在自然条件下24小时内即会自行聚合硬化，7天后即可移动贮存。用以固化放射核废料及重金属盐类有毒废料。
实施例三、称取纳米黏土胶凝材料80kg、矿物集料120kg、金属纤维1Kg，MC0.2kg、混合均匀后包装，即成为快速聚合胶料。使用时加水40Kg，搅拌均匀后用于飞机跑道、道路、容器、管线损坏部位的抢修，局部固定因地震、坍塌灾难中有危害性的废墟，提高生存率。
实施例四、称取纳米黏土胶凝材料90kg、无机轻集料50kg、金属纤维1Kg、HPMC0.6kg、水45Kg，混合均匀后浇注于所需形状的模具腔内，常温下60分钟开始自行聚合硬化，3小时脱模，制成高强度、耐高温、不燃烧的健合陶瓷复合器件，用于航空器仓内隔热防火，提高人员生存率。
实施例五、称取纳米黏土胶凝材料100kg、无机轻集料200kg、聚丙稀纤维0.3Kg、颜料1kg、水35Kg，混合均匀、机械挤出或注射成型管材、板材。自行聚合硬化后。成为高强度、耐高温、不燃烧、不渗水、耐腐蚀，健合陶瓷复合管材与板材，管材应用于流体输送，板材应用于建筑物墙体与墙体装饰。
实施例六、称取纳米黏土胶凝材料400kg、粉煤灰200kg、硅灰10kg、矿物集料1500kg、木质素磺酸盐3kg、MC0.6kg、水300Kg，搅拌均匀后浇注于布筋的模具腔内，18小时内自行聚合硬化后，即可移模。应用于土木工程中，实现混凝土不停顿浇筑施工，缩短工期。尤其适合混凝土塔、烟囱、桥墩的快速施工。
实施例七、称取纳米黏土胶凝材料80kg、矿物填充料40kg、颜料3Kg、H3BO31kg、澎润土3kg、丙稀纤维0.1Kg、MC1kg混合均匀后包装，即成为不燃烧、不变色、耐久的环保涂料。使用时加水50Kg，搅拌均匀，可采取喷、刷、滚、刮的方法施工，应用于室内外装饰及防火。
实施例八、称取纳米黏土胶凝材料90kg、矿物集料30kg、铁合金粉50kg、HPMC0.3kg、Na2SiF61kg、金属纤维1Kg、水55Kg，混合均匀后浇注于所需形状的模具腔内，自行聚合硬化，脱模后成为高强度、高光洁度、耐高温、不变形的陶瓷复合材质的模具，用于铝部件浇注及塑料制品挤出。
实施例九、称取纳米黏土胶凝材料20kg、Al2O380kg、HPMC0.1kg、水15Kg，混合均匀后浇注于所需形状的模具腔内，自行聚合硬化，成为整体式摧化剂载体。
实施例十、称取纳米黏土胶凝材料20kg、水20Kg，混合均匀后浇注于所需形状的模具腔内，自行聚合硬化，成为整体式固态膜器件。
权利要求
1.文件来源电子申请
2.收文日期2004-5-13
3.申请号
4.权利要求项权利要求1一种纳米黏土胶凝材料。其特征是它以纳米黏土为主要成份，加入纳米聚合引发剂5～60％、外加剂0～30％混合磨细形成。权利要求2根据权利要求1所述的纳米黏土胶凝材料。其特征是以纳米黏土胶凝材料10～100％、活化材料0～80％、功能填充材料0～350％、水25～100％混合均匀，使纳米聚合引发剂溶解于水中，渗入纳米黏土的片层间，引发“纳米聚合”效应自行硬化。应用于军事工程、土木工程、核能、化工、航空航天、模具制造、环境保护及建筑装饰等领域。权利要求3据权利根要求1所述的纳米黏土。其特征是将黏土矿物制成稳定分散的泥浆，再分级除砂，除砂后的黏土泥浆通过剥片后，在800℃以下温度煅烧1～4h制备形成。权利要求4据权利根要求1所述的纳米聚合引发剂。其特征是将NaOH溶液与石英砂1∶1～4配合加热，形成的Na2SiO3经离子交换、精滤，加入2～10％聚磷酸盐搅拌反应1～4h，用碱溶液或CaO重新调整pH值＝8～14。经喷雾干燥后形成。权利要求5据权利根要求1所述的外加剂。其特征是MC、HPMC、颜料、磺酸盐、Na2SiF6、H3BO3、澎润土。权利要求6据权利根要求2所述的功能填充材料。其特征是矿物集料、矿物轻集料、金属、纤维。权利要求7据权利根要求2所述的活化材料。其特征是粉煤灰、炉渣、矿渣、沸石、硅灰、Al2O3。
全文摘要
本发明涉及一种纳米黏土胶凝材料的制备与应用。它以“天然的纳米材料”层状黏土矿物为主要成份，用Na
文档编号C04B33/04GK1569728SQ20041015509
公开日2005年1月26日 申请日期2004年5月13日 优先权日2004年5月13日
发明者袁景华 申请人:袁景华