专利名称：一种铝硅酸盐矿物聚合物材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种铝硅酸盐矿物聚合物材料的制备方法。
背景技术：
以常见的粘土类铝硅酸盐原料在较低的温度下，使用化学激发剂制备矿物聚合物材料具有广阔的应用前景，国外已有相关的专利报道(US patent 4,349,386、US patent 4,472,199)。这种材料的制备原料以高岭土居多，但是不同产地、不同处理方法得到高岭土其性能相差很大，这明显地影响到材料的性能。另外，这种材料的制备原料可以扩展到粉煤灰、炉渣等工业废料，在废物利用方面有实用价值；以矿物聚合物材料固封核废料和有毒金属离子，有国内外已经有一定的进展；经过特殊增强的矿物聚合物可以作为塑料工业和铸造工业上中的模具材料，从而代替传统的金属模具材料；这种方法还可以开发新型建筑材料、耐火材料和特种水泥；矿物聚合物材料又称为低温不烧陶瓷，然而这种材料也可经过自由烧结而成为普通意义上的陶瓷。另外，矿物聚合物材料还有耐腐蚀，耐高温，耐老化，体积稳定性好，化学收缩小，可作修补材料等优点；这种简易制备方法还可以用于制造非规则形状的工艺品。可见这种材料有很广阔的应用前景。
矿物聚合物材料具有很好的可添加性，这为这种材料的添加改性创造了有利条件。以矿物聚合物为基体，在制备过程中添加金属纤维、碳纤维、玻璃纤维、碳化硅纤维和硅灰可显著增强其强度；添加石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯和六方氮化硼等固体润滑剂可以改善这种材料的摩擦学性能；碳纤维的加入还可以进一步改善这种材料的阻燃性能，同时也增强了基体。可见，这种材料可以通过添加改性获得良好的性能，从而扩展了其应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铝硅酸盐矿物聚合物材料的制备方法。
使用碱性的混合溶液激发粘土类铝硅酸盐原料制备聚合物材料的方法。
本发明利用常见的粘土类铝硅酸盐，即高岭土，或者含有铝硅酸盐的粉煤灰、矿渣等工业废料原料，使用化学激发剂，通过反应制备矿物聚合物材料。
一种铝硅酸盐矿物聚合物材料的制备方法，其特征在于该方法将由氢氧化钠溶液或者氢氧化钾溶液与硅酸钠溶液组成的激发剂加入到铝硅酸盐矿物中，搅拌至形成胶状物；将胶状物装入模具中，在5～10MPa压力下压制成型，再经过脱模，干燥后制得矿物聚合物材料。
铝硅酸盐选自高岭土、粉煤灰中的一种或两种。
氢氧化钠或者氢氧化钾与硅酸钠的摩尔比为3∶1～8∶1。
铝硅酸盐与激发剂的质量比为2.5∶1～3.5∶1。
本发明的干燥过程指的是既可以在室温下放置干燥也可以低于200℃下烘干。
本发明在5～10MPa压力下压制成型，可以消除装模过程中留下的空气。
本发明所采用的固相反应物料铝硅酸盐在反应之前不需特殊处理。固体组分可以单独使用高岭土、粉煤灰混合，也可以选用高岭土、粉煤灰任意比例混合。
本发明所使用的含铝硅酸盐的原料具有一定的反应活性，一般来说其有序度较低，红外(IR)特征和X射线衍射(XRD)特征都证实了这一点。对比固体原料和制成的矿物聚合物材料的XRD特征发现本发明使用的固体原料在激发剂的作用下发生了化学反应，生成的矿物聚合物材料为无定形态的物质。
本发明制备的矿物聚合物材料有一定的机械强度，其压缩强度达到74MPa，弯曲强度达到52MPa，布氏硬度达到350MPa。
本发明制备的矿物聚合物材料是一种轻质材料，密度为1.7～2.2g·cm-3。
本发明涉及的矿物聚合物是在室温下用化学方法，在不施加能量的情况下制备而成，在工艺上具有节能的优势；本发明涉及的矿物聚合物的制备方法在大约20分钟以内可以自由成型，具有很好的可加工性；成型温度低，可以室温成型，也可以根据实际选择室温到200℃之间烘干；制备的矿物聚合物在1400℃煅烧后整体无裂纹及其它损伤，基本保持了原有的弯曲强度，而压缩强度和硬度则有显著的增加。由此可见本发明所涉及的方法具有成型温度低，可加工性好，使用温度范围宽的特点，而工艺则比较简单，节能。
具体实施例方式
实施例1(1)量取6g高岭土于坩锅，作为固体组分；(2)用10mL量筒量取4moL.L-1的NaOH溶液2mL，用滴管加9滴模数为3.2的硅酸钠水玻璃(即Na2O·nSiO2中的n＝3.2)于该NaOH溶液，使两种溶液混合均匀，作为液体组分；(3)一边用玻璃棒搅拌一边将(2)的液体组分加入到(1)的固体组分中。液体组分全部加入后继续用玻璃棒搅拌约5分钟，使之成为胶状物。
(4)将(3)的胶状物装入到直径为9mm的圆柱形模具中，在千斤顶上轻压使之成为高度为18mm的圆柱；脱模。
(5)将(4)的脱模物在室温下放置约7天即制得干燥的矿物聚合物材料。测量该实施例得的矿物聚合物样品的压缩强度，其值可达到74MPa。
实施例2(1)量取2.6g粉煤灰于坩锅，作为固体组分；(2)用10mL量筒量取6moL.L-1的NaOH溶液0.9mL，用滴管加5滴模数为2.3的硅酸钠水玻璃(即Na2O·nSiO2中的n＝2.3)于该NaOH溶液，使两种溶液混合均匀，作为液体组分；(3)一边用玻璃棒搅拌一边将(2)的液体组分加入到(1)的固体组分中。液体组分全部加入后继续用玻璃棒搅拌约5分钟，使之成为胶状物。
(4)将(3)的胶状物装入到长、宽分别为30mm、7mm的长方形模具中，在千斤顶上轻压使之成为高度为6mm的长方体；脱模。
(5)将(4)的脱模物在在65℃下烘10小时而制得矿物聚合物材料。测量该实施例得的矿物聚合物样品的弯曲强度，其值可达到52MPa。
实施例3(1)量取5g高岭土和粉煤灰的混合物(任意比)于坩锅，作为固体组分；(2)用10mL量筒量取12moL.L-1的NaOH溶液1.85mL，用滴管加8滴模数为2.3的硅酸钠水玻璃(即Na2O·nSiO2中的n＝2.3)于该NaOH溶液，使两种溶液混合均匀，作为液体组分；(3)一边用玻璃棒搅拌一边将(2)的液体组分加入到(1)的固体组分中。液体组分全部加入后继续用玻璃棒搅拌约5分钟，使之成为胶状物。
(4)将(3)的胶状物装入到直径为25mm的圆柱形模具中，在千斤顶上轻压使之成为高度为7mm的圆柱；脱模。
(5)将(4)的脱模物在室温下放置约7天即制得干燥的矿物聚合物材料。测量该实施例得的矿物聚合物样品的布氏硬度，其值可达到350MPa。
权利要求
1.一种铝硅酸盐矿物聚合物材料的制备方法，其特征在于该方法将由氢氧化钠溶液或者氢氧化钾溶液与硅酸钠溶液组成的激发剂加入到铝硅酸盐矿物中，搅拌至形成胶状物；将胶状物装入模具中，在5～10MPa压力下压制成型，再经过脱模，干燥后制得矿物聚合物材料。
2.如权利要求1所说的方法，其特征在于铝硅酸盐选自高岭土、粉煤灰中的一种或两种。
3.如权利要求1所说的方法，其特征在于氢氧化钠或者氢氧化钾与硅酸钠的摩尔比为3∶1～8∶1。
4.如权利要求1所说的方法，其特征在于铝硅酸盐与激发剂的质量比为2.5∶1～3.5∶1。
全文摘要
本发明公开了一种铝硅酸盐基的矿物聚合物材料的制备方法。本发明以铝硅酸盐为固体组分，以一种碱性的混合溶液为液体组分，该液体组分作为矿物聚合反应的激发剂，采用物理搅拌的方法将液体组分和固体组分混合搅拌，压制成型，制备了矿物聚合物材料。该方法的特点是原料廉价，设备和工艺简单，可室温成型；本发明所制备的矿物聚合物材料具有一定的强度和韧性；本发明所使用的工艺使得矿物聚合物材料的性能易于通过添加而得到进一步改善，如增强、增韧和改善其摩擦学性能等。
文档编号C04B33/00GK1634795SQ20031011775
公开日2005年7月6日 申请日期2003年12月30日 优先权日2003年12月30日
发明者王鸿灵, 李海红, 阎逢元 申请人:中国科学院兰州化学物理研究所