[发明专利]一种高强度玻璃基地聚合物及其制备方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种无机聚合物材料，具体是一种高强度玻璃基地聚合物及其制备方法。

背景技术

地聚合物是一类具有无定形三维网状硅氧四面体和铝氧四面体结构的无机聚合物材料，兼具无机材料和有机聚合物的部分优点。由于传统水泥抗压强度小于50MPa，不适合应用于对耐压有特殊要求的场合。另一方面，废玻璃作为一种常见固体废弃物，其再利用的主要途径是重新熔融冶炼，这不仅需要严格的分选程序，同时冶炼过程消耗大量能量并造成二次污染，因此其绿色环保再利用问题有待进一步解决。由于废玻璃含有一定数量的硅―铝成分，理论上可用作制备地聚合物的原材料，但是其实际应用目前未见有相关报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是以目前日益增多但缺乏有效常温处置方法的固体废弃物---——废玻璃为原料，制备出具有优良力学性能的玻璃基地聚合物材料。

本发明所述高强度玻璃基地聚合物，包括以下步骤：

1）将回收的废玻璃超声清洗去除表面粘附的塑料、纸屑、金属等污染物，减少其对后续制备工艺及地聚物材料的影响；

2）将清洗后的玻璃原料放入球磨机中球磨，使其体积平均粒径D[4，3]降至8―50微米；

3）将激发剂溶液加入到磨细的玻璃中，使激发剂溶液与玻璃粉末的液/固比为（0.3―0.5）：1；

4）将反应体系充分搅拌，然后将反应物倒入耐碱性的模具中，将模具置于电动振动台上振动3―10分钟，以排除反应物中所含的气泡；

5）将振动处理后的模具密封，在室温下或置于养护箱中于20―90 ℃下养护24小时后脱模；脱模后的试样继续在室温至60 ℃下养护至预定龄期，即3―28天，烘干后制得玻璃基地聚合物。

上述步骤2）已磨细废玻璃为全部或部分硅―铝原料。

上述步骤3）激发剂为浓度为5―15摩尔/升的碱金属氢氧化物溶液，或者模数为1.0—3.0的碱金属硅酸盐溶液，或者两者的混合溶液。其中碱金属硅酸盐溶液最佳为碱金属硅酸纳溶液，而碱金属为钠、钾、或钠与钾的混合物。

本发明制备地聚合物材料具有极其优良的力学性能，其7天耐压强度超过43.58MPa，28天耐压强度最高可达119.41MPa。该材料克服了传统水泥在耐高压性能方面的不足，有望在矿山开采、水利建设、国防及海洋钻井平台等对材料抗压性能要求较高的领域取代传统水泥材料。本方法同时也为目前日益增多但尚缺乏有效常温处置方法的废玻璃提供了一条可行的利用途径。

图1是经过球磨处理的玻璃粉末的扫描电镜照片；图2是玻璃基地聚物材料扫描电镜照片。由图可见球磨处理后的玻璃粉末呈现粗糙不规则的微观形貌，而玻璃基地聚物的微观结构则很平滑紧致。

附图说明

图1是经过球磨处理的玻璃粉末的扫描电镜照片；

图2是玻璃基地化聚物材料扫描电镜照片。

具体实施方式

本发明的原料：玻璃、碱性激发剂（氢氧化钠或氢氧化钾或其混合物、硅酸钠或硅酸钾或其混合物）溶液。

实施例1：

1）将回收的废玻璃先超声清洗去除表面粘附的塑料、纸屑、金属等污染物，再经球磨处理，使其体积平均粒径D[4，3]降至8―50微米。

2）用钠基水玻璃和氢氧化钠配制模数为1.0硅酸钠激发剂溶液。

3）将配制的硅酸钠激发剂溶液与磨细玻璃按液/固比为0.5混合并搅拌均匀后装入钢质模具。将装有反应物的模具置于电动振动台上振动5分钟以排除气泡，然后将模具密封。

4）将密封模具移入恒温养护箱中，在60 ℃下养护24小时后脱模。脱模后的试样在60 ℃下继续养护7天，14天和28天。

5）将到达养护龄期的试样置于40℃电热鼓风烘箱中烘干，即得玻璃基地聚合物。用300KN压力机对养护7天，14天和28天的样品进行抗压强度的测定，结果见表1。

 

实施例2：

1）将回收的废玻璃先超声清洗去除表面粘附的塑料、纸屑、金属等污染物，再经球磨处理，使其体积平均粒径D[4，3]降至8―50微米。

2）用钠基水玻璃和氢氧化钠配制模数为1.5的硅酸钠激发剂溶液。

3）将配制的硅酸钠激发剂溶液与磨细玻璃按液/固比为0.5混合并搅拌均匀后装入钢质模具。将装有反应物的模具置于电动振动台上振动5分钟以排除气泡，然后将模具密封。

4）将密封模具移入恒温养护箱中，在60 ℃下养护24小时后脱模。脱模后的试样在60 ℃下继续养护7天，14天和28天。