[发明专利]一种基于孔隙优化的微纳纤维复合增韧增强地聚合物及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于孔隙优化的微纳纤维复合增韧增强地聚合物及其制备方法，该新型地聚合物的原材料包括偏高岭土、钠水玻璃、NaOH、碳酸钠、消泡剂、PVA纤维和碳纳米管，是以偏高岭土粉末作为主要原料，以钠水玻璃和NaOH复合作为激发剂，掺入消泡剂降低其孔隙率，掺入PVA纤维和碳纳米管作为改性材料，并制得以纳米孔隙为主的微纳纤维复合增强地聚合物材料。将偏高岭土粉末与碳酸钠、消泡剂、PVA纤维混合，再与掺入碳纳米管的改性钠水玻璃激发剂混合进行以纳米孔隙为主的微纳纤维复合增强地聚合物的制备，体系以纳米孔隙为主，且具有较高的抗折、抗弯以及抗压强度，是一种理想的建筑材料。

技术领域

本发明涉及一种基于孔隙优化的微纳纤维复合增韧增强地聚合物及其制备方法。

背景技术

地聚合物的概念是在1978年由法国人J.Davidovits提出的，它是由硅铝质材料与碱性激发剂反应制备的一种具有空间三维网络状键接结构的新型无机硅铝质材料。它具有强度高、硬化快，耐久性好，耐高温性优良，绿色环保等诸多性能特点，因此应用开发前景广泛。但地聚合物本身存在脆性大，易开裂，韧性不足等固有缺点，实际使用过程中还容易产生裂缝等不良情况，十分不利于工程应用，大大制约了地聚合物的工程应用，因此对地聚合物进行增韧增强是十分必要的。

研究表明，地聚合物的凝胶孔的数量和占比是影响地聚合物的重要因素之一，一般来说，孔隙率越小，凝胶孔的占比越多，地聚合物的韧性越好，反之，则脆性越大。本发明提供了一种以纳米孔隙为主的微纳纤维复合增强地聚合物及其制备方法，采用消泡剂对地聚合物的孔结构进行优化，降低地聚合物的孔隙率，减少有害孔数量，同时提高＜20nm的凝胶孔的占比，从孔结构角度对地聚合物的韧性进行优化，并提高地聚合物抗折、抗压强度。

此外，目前对地聚合物的增韧增强多采用单一纤维，尽管单一纤维可以起到改善地聚合物韧性不足的问题，但是单一纤维增韧的效率较低，纤维掺量相对较高，这就使得增韧地聚合物的成本较高。本发明采用PVA纤维和碳纳米管对地聚合物增韧增强，从细观和微观两个角度对地聚合物进行有效增韧增强，一方面弥补了PVA纤维作为细观纤维对地聚合物的孔结构的不利影响，另一方面弥补了碳纳米管不能有效改善地聚合物破坏形态的问题。采用PVA纤维和碳纳米管复合增韧增强可以扬长避短，取得很好的混杂效应，充分发挥两种纤维的作用，产生很好地加筋抗拉的作用，可以更好地改善地聚合物脆性大、韧性不足的问题，提高其抗裂性，明显提高地聚合物的抗折强度，并且两种纤维均采用较少掺量即可取得较高的增韧效果且不会有副作用，使其更为符合实际工程需要，有利于地聚合物应用领域的开拓。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对地聚合物高强和高脆性之间的矛盾及现有相关技术存在的缺陷，提供一种基于孔隙优化的微纳纤维复合增韧增强地聚合物，尤其是以纳米孔隙为主的微纳纤维复合增强地聚合物及其制备方法，提高地聚合物的工程使用价值，进而推动地聚合物的工程应用。

本发明的基于孔隙优化的微纳纤维复合增韧增强地聚合物，其组分及其重量分数如下：

本发明中，所述的碳酸钠为工业级产品，纯度达99.8％以上的白色粉末。

本发明中，所述的消泡剂型号为803，是含液烃、聚乙二醇与载体非晶态SiO₂的非离子表面活性剂。

本发明中，所述的PVA纤维的长度为6mm，弹性模量为32-40GPa，抗拉强度为1200-1500MPa，断裂延伸率为5-15％。

本发明中，所述的碳纳米管为工业级多壁碳纳米管，纯度达95％以上，长径比230-930，密度为0.15g/cm³。

本发明中，所述的钠水玻璃模数为3.0-3.5之间，波美度在37°-41°之间。

本发明中，所述的NaOH为片碱，工业级，纯度达96％以上。