專利名稱：一種以膨脹珍珠巖和天然沸石為主要原料的輕質(zhì)無機礦物聚合材料及其制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于無機高分子材料和新型建筑材料領域，具體涉及一種以膨脹珍珠巖和天然沸石主要原料的輕質(zhì)多孔非金屬礦物聚合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
20世紀70年代,法國科學家Joseph Davidovits首次提出了礦物聚合材料的概念。前期的研究者將這種鋁硅酸鹽礦物聚合物稱之為地聚合材料、土聚水泥或者聚合陶瓷。通過聚合反應得到的礦物聚合材料具有聚合的硅-氧-鋁網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，其基本單元[SiO4]和[AlO4]四面體通過共用氧原子交替結(jié)合，基本單元隨機分布而呈三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)?；w相呈非晶質(zhì)至半晶質(zhì)相。礦物聚合材料具有較好的快硬固化性和早強性，強度高，耐腐蝕性和耐水熱性好，耐高溫且易增強、增韌。礦物聚合材料原料價格來源豐富且價格低廉。因此，在高強材料、固核固廢材料、建材裝飾、工業(yè)制造和耐高溫防火材料等方面均顯示出廣闊的應用前景。國外開展礦物聚合材料的研究起步較早，有些品種已經(jīng)進入實用化階段。如已商品化的法國GE0PL0YCREAM牌陶瓷、美國的PYRAMENT牌水泥和芬蘭的“F膠凝材料”等。一些專門的研究機構(gòu)也從事此類材料的開發(fā)，如美國的“Waterways Experiment Station”和法國的 “Geopolymer Institution” 等。目前對于制備礦物聚合材料研究較多的是采用高嶺土作為主要原料，首先，將高嶺土在一定的溫度下焙燒活化為偏高嶺土，然后，采用堿激發(fā)劑在一定條件下反應形成低聚硅-鋁-氧四面體結(jié)構(gòu)，最后經(jīng)養(yǎng)護脫水縮聚為具有網(wǎng)絡狀結(jié)構(gòu)的無定形聚合物。由于礦物聚合材料結(jié)晶度低，很難準確測試并描述其結(jié)構(gòu)形態(tài)，所以關(guān)于礦物聚合物反應機理及最終產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面的研究進展緩慢，研究者也提出不一致的觀點。目前，國內(nèi)對礦物聚合材料的研究基本上還處于初期階段，取得一定的進展。但是在材料網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)形成機制、材料性能優(yōu)化及實用性方面還有很多的工作需要深入。國內(nèi)關(guān)于礦物聚合材料(地聚物或土聚物)研究工作主要集中在綜合利用固體廢物(如粉煤灰、火山灰、廢棄白土)和一些天然或人工硅鋁質(zhì)材料。一般在主要原料之中加入偏高嶺土或者其它無機材料，采用堿性激發(fā)方式，在低于150°C甚至常溫條件下養(yǎng)護，在坯體內(nèi)部形成膠凝相[Mx(AlO2)y (SiO2)z · nMOH · mH20],得到不同等級的無機聚合材料。中國專利CN 101353232A報道了一種粉煤灰聚合物的制備及其應用方法。中國專利CN 1817814A則提供了一種利用廢棄白土制備礦物聚合材料的方法。中國專利CN 1517321A介紹了一種利用鉀長石生產(chǎn)聚合材料的方法。上述專利采用鉀長石為主要原料，與粉煤灰、高爐爐渣、煤矸石和礦山尾礦和少量的高嶺土配料，采用氫氧化鈉或氫氧化鉀為激發(fā)劑，經(jīng)攪拌、成型和固化后制得礦物聚合材料。上述方法所制備的礦物聚合材料屬無機高分子材料，雖然具有良好的耐腐蝕和防火性能，但是由于材料結(jié)構(gòu)密實，容重較大，保溫隔熱性能較差，且在高層建筑中作為框架填充材料應用受到限制。與加氣混凝土、建筑空心砌塊和其它輕質(zhì)建筑材料相比，無顯著的
競爭優(yōu)勢。因此，提供一種體積密度和導熱系數(shù)低且具有優(yōu)良物理性能的礦物聚合材料及其制備方法，是目前此領域研究的重要方向之一。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有礦物聚合材料產(chǎn)品中存在的容重大、隔熱和保溫效果差以及在高層建筑中限制使用等問題，本發(fā)明提供了一種利用天然非金屬礦物膨脹珍珠巖和天然沸石為主要原料的輕質(zhì)無機礦物聚合材料及其制備方法。所制備產(chǎn)品容重低，保溫隔熱性能好，同時具有高強度和耐酸堿性能。該方法具有操作簡單、成本低等優(yōu)點，原料來源廣泛，便 于實施推廣。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是這樣實現(xiàn)的
一種以膨脹珍珠巖和天然沸石為主要原料的輕質(zhì)無機礦物聚合材料，其特征在于由下列原料按照質(zhì)量百分比制備而成膨脹珍珠巖30飛0%，天然沸石10飛0%，高嶺土 5 15%，輔料2 15%，激發(fā)劑I 10%。所述的輔料為膨潤土和粘土中的任意一種或兩者混合物。所述的激發(fā)劑為硅酸鈉和氫氧化鈉中的任意一種或兩者的組合物。其制備方法如下
第一步將普通市售高嶺土高溫活化為偏高嶺土，活化溫度為50(T90(rC，活化時間2^4小時；
第二步將天然沸石和膨脹珍珠巖粉碎至粒度達到4(Γ200目，并與第一步中制得偏高嶺土以及輔料進行充分混合；
第三步將第二步中粉碎好的物料與激發(fā)劑溶液充分混合并在捏合機中捏合致其分散均勻；
第四步將第三步中得到的濕料置于模具中，輕度壓制成型，壓力為2 15MPa ；
第五步將第四步中成型后樣品帶模置于蒸汽養(yǎng)護箱中，4(T10(TC下蒸汽養(yǎng)護72小時，樣品硬化脫模后再置于室溫、自然條件下自然固化:Γ7日。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)品相比具有明顯的優(yōu)點和有益效果，并具有廣泛的應用價值，其至少具有下列優(yōu)點
I、本發(fā)明以具有微孔結(jié)構(gòu)的天然非金屬礦物和粘土為原料生產(chǎn)具有較高經(jīng)濟價值和社會效益的建筑節(jié)能產(chǎn)品，實現(xiàn)了天然礦產(chǎn)資源的高效利用。2、以具有天然孔道結(jié)構(gòu)和層間結(jié)構(gòu)的富產(chǎn)天然礦物膨脹珍珠巖和沸石為原料，在激發(fā)劑和養(yǎng)護條件下形成結(jié)構(gòu)良好的輕質(zhì)無機聚合材料，養(yǎng)護過程中形成的膠凝網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)與原料中的天然孔道并存，保證了所制產(chǎn)品具有高強度和內(nèi)部良好的微孔結(jié)構(gòu)。3、綜合利用天然非金屬礦物制備出具有高強度和良好隔熱保溫性能的輕質(zhì)礦物聚合材料，從而實現(xiàn)資源綜合利用和建筑節(jié)能。


圖I為本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合各實施例，對本發(fā)明做進一步詳細的說明
在給出實施例之前，先對本發(fā)明中的天然非金屬礦物原料珍珠巖、膨潤土和沸石進行說明。膨脹珍珠巖是由酸性火山玻璃質(zhì)熔巖(主要成份為SiO2 (約68 74%)和Al2O3 (約13%))經(jīng)瞬間高溫膨化制成的一種輕質(zhì)多孔材料，表面玻璃化，內(nèi)部具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)。天然沸石是一種含水的架狀鋁硅酸鹽礦物，由通過共用氧連接在一起的硅氧四面體和鋁氧四面體三維格架組成。其主要化學組分為Si02、Al2O3及堿或堿土金屬，沸石內(nèi)部有很多尺度一致的孔穴和通道，孔穴通過開口的通道彼此相連，通常采用酸化處理方法，使其具有更大的孔道結(jié)構(gòu)和空穴，從而具有良好的微孔結(jié)構(gòu)。一種以膨潤土、珍珠巖和沸石為主要原 料的復合陶粒，其特征在于由下列原料按照質(zhì)量百分比制備而成膨脹珍珠巖30 60%，天然沸石10 60%，高嶺土 5 15%，輔料1 15%，激發(fā)劑I 10%。所述的輔料為粘土和膨潤土中的任意一種或一種以上組合物。所述的激發(fā)劑為氫氧化鈉和硅酸鈉中的任意一種或一種以上組合物。其制備方法如下
第一步將普通市售高嶺土高溫活化為偏高嶺土，活化溫度為50(T90(rC，活化時間2^4小時；
第二步將天然沸石和膨脹珍珠巖粉碎至粒度達到4(Γ200目，并與第一步中制得偏高嶺土以及輔料進行充分混合；
第三步將第二步中粉碎好的物料與激發(fā)劑溶液充分混合并在捏合機中捏合致其分散均勻；
第四步將第三步中得到的濕料置于模具中，輕度壓制成型，一般壓力為2 15MPa ；第五步將第四步中成型后樣品帶模置于蒸汽養(yǎng)護箱中，4(T10(TC下蒸汽養(yǎng)護72小時。樣品硬化脫模后再置于室溫、自然條件下自然固化:Γ7日。實施例I
以膨脹珍珠巖和天然沸石為主要原料，添加適量偏高嶺土，以粘土和膨潤土為輔料。分別稱取10(Γ120目膨脹珍珠巖200g，天然沸石80g，高嶺土 30g，粘土 25g，膨潤土 15g，氫氧化鈉8g。將高嶺土在550 °C下活化4小時。將天然沸石、粘土和活化高嶺土分別粉碎至200目。將上述主、輔料在混合攪拌器中充分混合60分鐘。將氫氧化鈉溶于200 mL水，噴淋于混合好的物料放入捏合機中捏合。將捏合后的混料置于模具中壓制成型，壓力為5MPa。將成型后樣品帶模置于蒸汽養(yǎng)護箱中，60°C下蒸汽養(yǎng)護72小時。樣品硬化脫模后再置于室溫、自然條件下自然固化3日。上述所制備樣品容重為412 kg/m3,抗壓強度為65 MPa。實施例2
以膨脹珍珠巖和天然沸石為主要原料，添加適量偏高嶺土，以粘土和膨潤土為輔料。分別稱取100 120目膨脹珍珠巖200g,天然沸石80g,高嶺土 15g,粘土 25g,膨潤土 25g,氫氧化鈉5g,娃酸鈉5g。將高嶺土在600 °C下活化4小時。將天然沸石、粘土和活化高嶺土分別粉碎至200目。將上述主、輔料在混合攪拌器中充分混合60分鐘。將氫氧化鈉和硅酸鈉溶于300 mL水，噴淋于混合好的物料放入捏合機中捏合。將捏合后的混料置于模具中壓制成型，壓力為10 MPa。將成型后樣品帶模置于蒸汽養(yǎng)護箱中，50°C下蒸汽養(yǎng)護72小時。樣品硬化脫模后再置于室溫、自然條件下自然固化7日。

實施例3
以膨脹珍珠巖和天然沸石為主要原料，添加適量偏高嶺土，以粘土和膨潤土為輔料。分另1J稱取100 120目膨脹珍珠巖150g,天然沸石80g,高嶺土 25g,粘土 15g,膨潤土 15g,娃酸鈉 IOg0將高嶺土在900 °C下活化2小時。將天然沸石、粘土和高嶺土分別粉碎至200目。將上述主、輔料在混合攪拌器中充分混合30分鐘。將硅酸鈉溶于300 mL水，噴淋于混合好的物料放入捏合機中捏合。將捏合后的混料置于模具中壓制成型，壓力為10 MPa。將成型后樣品帶模置于蒸汽養(yǎng)護箱中，80°C下蒸汽養(yǎng)護72小時。樣品硬化脫模后再置于室溫、自然條件下自然固化5日。上述所制備樣品容重為432 kg/m3,抗壓強度為55 MPa。實施例4
以膨脹珍珠巖和天然沸石為主要原料，添加適量偏高嶺土，以粘土和膨潤土為輔料。分別稱取8(Γ120目膨脹珍珠巖200g，天然沸石80g，高嶺土 30g，粘土 25g，膨潤土 5g，氫氧化鈉 15g。將高嶺土在800 °C下活化2小時。將天然沸石、粘土和活化高嶺土分別粉碎至200目。將上述主、輔料在混合攪拌器中充分混合30分鐘。將氫氧化鈉溶于200 mL水，噴淋于混合好的物料放入捏合機中捏合。將捏合后的混料置于模具中壓制成型，壓力為10 MPa。將成型后樣品帶模置于蒸汽養(yǎng)護箱中，100°C下蒸汽養(yǎng)護72小時。樣品硬化脫模后再置于室溫、自然條件下自然固化3日。上述所制備樣品容重為415 kg/m3,抗壓強度為67 MPa。實施例5
以膨脹珍珠巖和天然沸石為主要原料，添加適量偏高嶺土，以粘土和膨潤土為輔料。分別稱取40 80目膨脹珍珠巖150g,天然沸石IOOg,高嶺土 30g,粘土 25g,膨潤土 15g,娃酸鈉5g。將高嶺土在700 °C下活化3小時。將天然沸石、粘土和活化高嶺土分別粉碎至200目。
將上述主、輔料在混合攪拌器中充分混合60分鐘。將硅酸鈉溶于200 mL水，噴淋于混合好的物料放入捏合機中捏合。將捏合后的混料置于模具中壓制成型，壓力為12MPa。將成型后樣品帶模置于蒸汽養(yǎng)護箱中，70°C下蒸汽養(yǎng)護72小時。樣品硬化脫模后再置于室溫、自然條件下自然固化7日。上述所制備樣品容重為471 kg/m3,抗壓強度為57 MPa。綜上可以看出，本發(fā)明的突出特點和顯著的進步是有效利用富產(chǎn)的天然非金屬礦物固有的微孔結(jié)構(gòu)，且有效克服了普通無機礦物聚合材料容重大和不具備保溫隔熱功能的 缺點。本發(fā)明工藝設計合理，原料來源豐富，工藝流程簡單，綜合利用礦產(chǎn)資源制備建筑節(jié)能材料。以上實施例僅用于說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但本發(fā)明并不限于上述實施方式，在所述領域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替代和改進等，其均應涵蓋在本發(fā)明請求保護的技術(shù)方案范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種以膨脹珍珠巖和天然沸石為主要原料的輕質(zhì)無機礦物聚合材料，其特征在于由下列原料按照質(zhì)量百分比制備而成膨脹珍珠巖30飛0%，天然沸石10飛0%，高嶺土 5 15%，輔料2 15%，激發(fā)劑I 10%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種以膨脹珍珠巖和天然沸石為主要原料的輕質(zhì)無機礦物聚合材料，其特征在于所述的輔料為膨潤土或粘土中的任意一種或二者的上組合物；所述的激發(fā)劑為氫氧化鈉和硅酸鈉中的任意一種或二者的組合物。
3.如上述權(quán)利要求I所述的一種以膨脹珍珠巖和天然沸石為主要原料的輕質(zhì)無機礦物聚合材料，其制備方法如下 第一步將普通高嶺土高溫活化為偏高嶺土，活化溫度為50(T90(rC，活化時間2 4小時； 第二步將天然沸石和膨脹珍珠巖粉碎至粒度達到4(Γ200目，并與第一步中制得偏高嶺土以及輔料進行充分混合； 第三步將第二步中粉碎好的物料與激發(fā)劑溶液充分混合并在捏合機中捏合致其分散均勻； 第四步將第三步中得到的濕料置于模具中，輕度壓制成型，壓力為2 15MPa ； 第五步將第四步中成型后樣品帶模置于蒸汽養(yǎng)護箱中，4(T10(TC下蒸汽養(yǎng)護72小時， 樣品硬化脫模后再置于室溫、自然條件下自然固化:Γ7日。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種以膨脹珍珠巖和天然沸石為主要原料的輕質(zhì)無機聚合材料及其制備方法，由下列原料按照質(zhì)量百分比制備而成膨脹珍珠巖30~60%，天然沸石10~60%，高嶺土5~15%，輔料2~15%，激發(fā)劑1~10%。本發(fā)明的突出特點和顯著的進步是有效利用富產(chǎn)的天然非金屬礦物固有的微孔結(jié)構(gòu)，且有效克服了普通無機礦物聚合材料容重大和不具備保溫隔熱功能的缺點。本發(fā)明工藝設計合理，原料來源豐富，工藝流程簡單，綜合利用礦產(chǎn)資源制備建筑節(jié)能材料。
文檔編號C04B38/00GK102633519SQ20121013918
公開日2012年8月15日 申請日期2012年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月8日
發(fā)明者于永生, 井強山, 余晟, 方林霞 申請人:信陽師范學院