[发明专利]一种地质聚合物轻质多孔材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及地质聚合物材料及其制备领域。具体是一种地质聚合物轻质多孔材料及其制备方法。

背景技术

地质聚合材料主要为碱激发地质聚合凝胶材料。碱基地质聚合材料研究比较早，这类材料的应用可追溯到古代，即以高岭土、白云岩或石灰岩与盐湖成分Na₂CO₃、草木灰成分K₂CO₃以及硅石的混合物，加水拌和后产生强碱NaOH或KOH，与其它组分发生反应，生成矿物聚合粘结剂而制成人造石。地质聚合物作为一种无机聚合铝硅酸盐材料,因其优异的性能在世界范围内得到了广泛研究。由于其特殊的无机缩聚三维氧化物网络结构,使得地质聚合物材料在众多方面具有比高分子材料、水泥、陶瓷和金属更高的高温性能和机械性能。同时,地质聚合物制备过程中的能耗和三废排放量都非常低,因此其对环境友好并且可以很好地被回收再利用，是一种可持续发展的“绿色环保材料”。

J. Davidovits提出对这类碱激活材料统一进行命名，当时确定的名称是聚铝硅酸盐（Polysialate，Sialate是silicon-oxo-aluminate的缩写）。应该说这个名称是比较贴切的，明确地体现出了这类材料的元素组成；之后不久，他又在另一篇美国专利中采用了一个更加通俗的名称“地质聚合物(Geopolymer)”来指代聚铝硅酸盐；宾州大学教授Della.M.Roy于1987年在“Science”杂志上发表了名为“New strong cement materials： chemically bonded ceramics”的综述性文章。文章以水泥为对比，详细阐述了化学键合陶瓷（碱激活聚铝硅酸盐材料）的优异性能，并对其应用前景进行了乐观的预测，进一步提高了各国争相研究地聚合物材料的热情。随后，地质聚合物科学迎来了其蓬勃发展的时期，性能被不断地提高，应用领域也不断地被拓宽。目前，世界上有许多专门研究机构如在致力于地聚物材料的研究工作，如法国的“Geopolymer Institute”和美国的“Waterways Experiment Station”、澳大利亚的“Geopolymer Alliance”等。有关地聚物科学的理论和应用研究成果正在快速增长。

国内对人造矿物聚合物材料的研究起步较晚。参与地质聚合物研究的单位主要有清华大学、中国矿业大学、东南大学、北京科技大学、中国地质大学、广西大学等单位。在应用方面主要有以下成果：中国地质大学的马鸿文等利用钾长石尾矿（钾长石15.5%，斜长石34.0%，石英38.0%，黑云母5.0%，高岭石4.8%，其它副矿物2.0%）为主要原料，制备地质聚合物取得重要进展，实验样品的抗压强度达19.4-24.9 MPa（固化7-28 d）。北京科技大学利用首钢钢渣和高炉渣制备出了主要力学性能符合42.5级水泥要求的地质聚合物材料，而制备成本只有前者的1/2左右。并有望开发出主要力学性能达到62.5级水泥要求的地质聚合物。西安建筑大学的王峰等对NaOH碱激发矿渣地质聚合物的早期力学性能、水化程度、活性Al和Si、碱度等进行了研究；中国矿业大学的贾屹海等以粉煤灰为硅铝成分的主要来源，制备了地质聚合物材料，通过工艺条件优化：激发后陈化24-48h, 固液混合搅拌时间10-15min ，在60一80℃范围内湿法养护24h时间后, 自然放置，制备的粉谋灰地质聚合物材料抗压强度可以达到27.2MPa，28天可以达到42.5MPa。

上述研究中大都强调了地质聚合物的制备方法和力学性能，都没有涉及多孔材料的制备方法、性能和应用。通过检索，只有本发明申请人在发明专利 “一种新型粘土类多孔材料及其制备方法（申请号：200910113874.7）”和“一种磷酸基地质聚合物多孔材料及其制备方法（申请号：200910114099.7）”中涉及到地质聚合物多孔材料的制备。

本发明则是在“一种新型粘土类多孔材料及其制备方法”专利的基础上，通过添加铝粉发泡剂，调整硅铝比，降低发泡温度获得了性能更加容易控制的多孔材料；本发明与前述发明相比有明显的不同。本发明提出的制备方法属于添加造孔剂工艺来制备多孔地质聚合物材料，特别是发泡温度在40—100℃，大大低于专利200910113874.7中提出的150℃的发泡温度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，提供一种成本低、工艺简单、无毒无污染、原材料来源广泛的地质聚合物多孔材料及其制备方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：