专利名称：杂化涂层玻璃纤维增强水泥的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种增强水泥的制备方法，尤其涉及一种以水泥砂浆为基材、以有机-无机杂化涂层被覆的涂层玻璃纤维为增强材料的玻璃纤维增强水泥的制备方法。
背景技术：
玻璃纤维增强水泥(GRC)材料是一种重要的轻型建筑材料，它以玻璃纤维为增强材料、水泥砂浆为基材的一种复合材料，它集轻质、高强和高韧性于一身，可制成表面丰富、多种形状的薄壁制品和构件。GRC已在英、美、日等数十个国家大量应用，其技术装备水平及市场规模不断提高和扩大，在建筑上占有独特地位。
但是，在普通波特兰水泥中，采用普通硅酸盐玻璃纤维作为增强材料，受碱侵蚀作用后其强度会大大降低.这首先是因为普通硅酸盐玻璃纤维中的二氧化硅骨架在碱性介质中不稳定，具有较大的溶解度；另一方面，水泥基体为一种活性体。在水化过程中析出大量Ca(OH)2和其他氢氧化物，使渗入复合体的水分迅速转变为pH值高达12～14的碱性溶液，对玻璃纤维产生腐蚀。为解决这一问题，目前国内外主要采用高含氧化锆(ZrO2＞14％)的硅酸盐玻璃纤维作增强水泥介质。但生产含锆玻璃纤维成本较高，会增加GRC产品的成本，限止了它的应用范围。
在GRC中，受强碱介质侵蚀的玻璃纤维的机械强度与玻纤表面结构直接相关。玻纤与水泥界面处两种侵蚀机理占主导地位玻璃的羟基化和溶解；生长于界面处的Ca(OH)2晶体对玻纤表面的开槽蚀刻。如果在玻纤表面涂上合适的薄膜就可有效地改变玻纤与水泥浸出液的固液界面处相对表面张力关系，控制Ca(OH)2的核化和晶体生长过程，减缓侵蚀。涂层也可在Ca(OH)2晶体形成前，容许先生成一层纯化层而防止Ca(OH)2对表面的刻蚀。涂层还可阻止各氧化物从玻璃中析出。因此以优质价廉的涂层来改善普通玻纤的耐碱性将是一种行之有效的方法。涂层可以防止玻璃纤维表面与水泥基体直接接触，避免玻纤表面受水泥介质侵蚀。改善玻璃纤维的耐碱、耐水性和机械强度，同时改变了水泥与增强材料的界面结合力，改善GRC制品的施工工艺性能。因此，采用以改性的普通玻璃纤维作为水泥增强材料，可以显著降低生产GRC产品的成本，便于在建筑上大量推广应用GRC材料，保温节能。
涂层材料根据结构的不同可分为有机涂层和无机涂层，无机涂层具有很高的硬度和耐磨性，但缺点是对底材表面处理要求高，成膜性差，柔韧性和耐冲击性低，耐强碱的腐蚀性差等。相反，有机涂层在附着力、柔韧性、耐冲击性、施工性、成膜性等方面都有着相当优越的性能，但在耐高温、耐溶剂、耐氧化性介质等方面存在着难以克服的弱点。因而，采用有机无机复合涂层是一个很好的技术措施。
有机无机杂化材料是有机相和无机相在纳米水平上以化学键相结合的新型复合材料，它克服了传统复合材料有机相与无机相混杂不均匀且易发生相分离的缺点，因而在结构和性能上均有较大的优越性。制备有机无机杂化材料的方法主要是溶胶凝胶法，通过溶胶凝胶技术可以有目的、有意识自行设计、制备和裁剪纳米复合材料。通过调节各种工艺参数和聚合物用量及其分子量，可以精确控制材料的微观结构，从而形成各种类型的性能独特的新型杂化材料；而且溶胶凝胶法非常适用于玻璃纤维的在线涂层，能进行规模化生产。
本专利人在成功开发了具有优良耐碱性的有机无机杂化耐碱涂层的基础上，将杂化涂层应用于GRC材料中，通过对玻璃纤维的涂层，一方面提高了玻纤的耐碱性，另一方面还可以改善玻纤与水泥的界面性能，从而大大提高了GRC材料的机械性能和耐久性。
发明内容
本发明的目的通过在玻璃纤维表面涂覆一层耐碱性和柔韧性俱佳的涂层，提高普通玻璃纤维抗碱性，用以代替高价的含锆耐碱玻璃纤维，从而大大降低GRC材料的成本；而且涂层还可以改善玻纤与水泥的界面性能，提高GRC材料的机械性能。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的本发明提供的杂化涂层玻璃纤维增强水泥的制备方法依下列步骤进行(1)纤维的涂覆首先以溶胶-凝胶法配制有机-无机杂化耐碱涂层浸涂液，陈化30分钟～24小时后，以浸涂法对玻璃纤维进行涂层，在50-100℃下干燥半小时，涂层再升温至200～300℃下热处理0.2～2小时后，得到杂化涂层玻璃纤维。
(2)增强水泥的制作以325、425、525号水泥为基材，水灰比为0.20～0.50，以1～5wt％的比例在水泥中加入杂化涂层纤维，使玻璃纤维在水泥基质中的均匀分布，以机械法混合或喷射法制备杂化涂层玻璃纤维增强水泥。
步骤(1)所述的有机-无机杂化耐碱涂层浸涂液时这样制备的所述的耐碱涂层包括以下组分A正硅酸乙酯0～80重量份；B.钛酸异丙酯或钛酸丁酯5～100重量份；
C其他金属醇盐或无机盐0～80重量份；D有机聚合物10～70重量份；E化学添加剂0～20重量份；F化学干燥控制剂1～20重量份；G催化剂0.1～10重量份；其中其他金属醇盐或无机盐为选自锆盐、镧盐、钇盐、钙盐、钡盐、锌盐、铝盐、铈盐中的一种或多种；有机聚合物为分子量300-30000的、选自硅氧烷系聚合物、聚尿烷系聚合物、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙稀、聚氨酯中的一种或多种；化学添加剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷；化学干燥控制剂为乙酰丙酮、N，N-二甲基甲酰胺和二甲基甲酰胺中的一种或几种；催化剂为浓度100％的醋酸、盐酸、硝酸中的一种；(化学添加剂、化学干燥控制剂、催化剂均为市售品)。
按上述配比将组分A、B、C、D、E、F进行充分混合，在含有水和乙醇的体系中进行水解、缩聚反应，反应温度为20-80℃，聚合30分钟-5小时，得到透明溶胶的浸涂液。
本发明的效果依本发明的制备方法所提供的涂层耐碱玻璃纤维，在80℃饱和Ca(OH)2溶液和80℃水泥浸出液中，纤维表面涂层至少可以保持7天；涂层还可改善玻璃纤维与水泥的界面性能。从而使得所制得的的GRC制品具有优异的机械性能和耐久性。在50℃热水中进行加速老化试验，30天后GRC制品的抗弯强度不低于12MPa，抗压强度不低于60MPa，60天后GRC制品的各项机械性能不低于耐碱纤维增强水泥制品的性能指标。通过老化试验，GRC制品的耐久性长于20年，达到国际水平。
另外，由于耐碱涂层的使用，本发明中的玻璃纤维可使用普通玻纤，涂覆后所制得的玻璃纤维比市售氧化锆耐碱纤维成本低30％，大大降低了GRC制品的成本，拓展了GRC制品的应用范围。本发明所提供GRC制品工艺简单，实用性强，在轻质、高强度、不燃烧、加工和施工等方面表现出明显的优越性，有很好的应用前景。
具体实施例方式下面通过实施例对本专利作进一步的说明，但并不限制本发明的保护范围。
实施例1先以溶胶-凝胶法配制浸涂液，用浸涂法对玻璃纤维进行涂层，以硅酸盐水泥525为基材，水灰比为0.40，涂层纤维加入量是2wt％，纤维分两次加入，先在膜具中置入一层水泥，而后加入一层涂层纤维，保证纤维的平行、均匀分布，然后同样依次在加入水泥和纤维，振动、抹平后，在潮湿环境中固化，最后脱膜得到制品。
本实例适于制备形状规则的GRC制品，所得制品质量小，强度大，且耐久性好，性能能持久保持。
实施例2先以溶胶-凝胶法配制浸涂液，用浸涂法对玻璃纤维进行涂层，然后将纤维进行切割制得短切纤维，以硅酸盐水泥525为基材，水灰比为0.40，涂层纤维加入量是2wt％，将水泥、水、短切纤维混合，搅拌均匀后置入膜具，振动、抹平后，在潮湿环境中固化，最后脱膜得到制品。
本实例除可以制备形状规则的制品外，还可以制备形状复杂的GRC材料，比如雕塑、工艺品等等。
实施例3先以溶胶-凝胶法配制浸涂液，用浸涂法对玻璃纤维网格布进行涂层，以硅酸盐水泥525为基材，水灰比为0.40，涂层纤维加入量是2wt％，先在膜具中置入一层水泥，然后将涂层耐碱玻纤网格布放入平铺，然后再加入一层水泥，振动、抹平后，在潮湿环境中固化，最后脱膜得到制品。
实施例4先以溶胶-凝胶法配制浸涂液，用浸涂法对玻璃纤维进行涂层，以硅酸盐水泥325为基材，水灰比为0.35，涂层纤维加入量是4wt％，纤维分两次加入，先在膜具中置入一层水泥，而后加入一层涂层纤维，保证纤维的平行、均匀分布，然后同样依次在加入水泥和纤维，振动、抹平后，在潮湿环境中固化，最后脱膜得到制品。
实施例5先以溶胶-凝胶法配制浸涂液，用浸涂法对玻璃纤维网格布进行涂层，以硅酸盐水泥425为基材，水灰比为0.35，涂层纤维加入量是4wt％，先在膜具中置入一层水泥，然后将涂层耐碱玻纤网格布放入平铺，然后再加入一层水泥，振动、抹平后，在潮湿环境中固化，最后脱膜得到制品。
实施例6先以溶胶-凝胶法配制浸涂液，用浸涂法对玻璃纤维进行涂层，然后将纤维进行切割制得短切纤维，以硅酸盐水泥325为基材，水灰比为0.35，涂层纤维加入量是3wt％，将水泥、水、短切纤维混合，搅拌均匀后置入膜具，振动、抹平后，在潮湿环境中固化，最后脱膜得到制品。
权利要求
1.一种杂化涂层玻璃纤维增强水泥的制备方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤(1)纤维的涂覆首先以溶胶-凝胶法配制有机-无机杂化耐碱涂层浸涂液，陈化30分钟～24小时后，以浸涂法对玻璃纤维进行涂层，在50-100℃下干燥半小时，涂层再升温至200～300℃下热处理0.2～2小时后，得到杂化涂层包覆的玻璃纤维。(2)增强水泥的制作以325、425、525号水泥为基材，水灰比为0.20～0.50，以1～5wt％的比例在水泥中加入步骤(1)所得的杂化涂层纤维，使玻璃纤维在水泥基质中的均匀分布，以机械法混合或喷射法制备杂化涂层玻璃纤维增强水泥材料。
全文摘要
本发明涉及一种增强水泥的制备方法，尤其涉及一种以水泥砂浆为基材、以有机－无机杂化涂层被覆的玻璃纤维为增强材料的玻璃纤维增强水泥(GRC)的制备方法。依本发明的制备方法所提供的涂层耐碱玻璃纤维，在80℃饱和 Ca(OH)
文档编号C04B14/44GK1978363SQ20061006726
公开日2007年6月13日 申请日期2006年3月9日 优先权日2005年12月8日
发明者陈奇, 田孝胜 申请人:华东理工大学