专利摘要

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。

权利要求

1.一种基于孔隙优化的微纳纤维复合增韧增强地聚合物，其特征在于它的组分及其重量分数如下：

2.根据权利要求1所述的基于孔隙优化的微纳纤维复合增韧增强地聚合物，其特征在于所述的碳酸钠为工业级产品，纯度达99.8％以上的白色粉末。

3.根据权利要求1所述的基于孔隙优化的微纳纤维复合增韧增强地聚合物，其特征在于所述的消泡剂型号为P 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。

4.根据权利要求1所述的基于孔隙优化的微纳纤维复合增韧增强地聚合物，其特征在于所述的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％。

5.根据权利要求1所述的基于孔隙优化的微纳纤维复合增韧增强地聚合物，其特征在于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。

6.根据权利要求1所述的基于孔隙优化的微纳纤维复合增韧增强地聚合物，其特征在于所述的钠水玻璃模数为3.0-3.5之间，波美度在37°-41°之间。

7.根据权利要求1所述的基于孔隙优化的微纳纤维复合增韧增强地聚合物，其特征在于所述的NaOH为片碱，工业级，纯度达96％以上。

8.根据权利要求1所述的基于孔隙优化的微纳纤维复合增韧增强地聚合物，其特征在于所述的偏高岭土为工业级产品，主要氧化物为氧化硅和氧化铝，质量含量分别为55％～60％和30～35％。

9.根据权利要求1‐8任一项所述的基于孔隙优化的微纳纤维复合增韧增强地聚合物的制备方法，其特征在于，首先将钠水玻璃、水和NaOH混合冷却至室温后制备成为改性钠水玻璃，将偏高岭土、碳酸钠、消泡剂和PVA纤维混合均匀，再倒入掺入碳纳米管的改性钠水玻璃，搅拌制备以纳米孔隙为主的微纳纤维复合增强地聚合物，具体步骤如下；

(1)将钠水玻璃、水和NaOH混合均匀制备改性钠水玻璃激发剂，并冷却至室温后，掺入碳纳米管搅拌均匀；

(2)将偏高岭土、碳酸钠、消泡剂和PVA纤维进行称量配料，然后放入搅拌机中混合均匀；

(3)将之前制备好的掺入碳纳米管的改性钠水玻璃激发剂缓慢倒入搅拌机中，慢拌2分钟后快拌3分钟，浇筑并养护成型，制得以纳米孔隙为主的微纳纤维复合增韧增强地聚合物材料。

10.根据权利要求9所述的基于孔隙优化的微纳纤维复合增韧增强地聚合物的制备方法，其特征在于所述养护的条件为：温度20±2℃，湿度≥95％。

说明书

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。

本发明中，所述的偏高岭土为工业级产品，主要氧化物为氧化硅和氧化铝，质量含量分别为55％～60％和30～35％。

本发明还提供一种上述基于孔隙优化的微纳纤维复合增韧增强地聚合物的制备方法，包括以下步骤；

(1)将钠水玻璃、水和NaOH混合均匀制备改性钠水玻璃激发剂，并冷却至室温后，掺入碳纳米管搅拌均匀；

(2)将偏高岭土、外加剂和PVA纤维进行称量配料，然后放入搅拌机中混合均匀；

(3)将之前制备好的掺入碳纳米管的改性钠水玻璃激发剂缓慢倒入搅拌机中，慢拌2分钟后快拌3分钟，浇筑并养护成型，制得以纳米孔隙为主的微纳纤维复合增强地聚合物材料。

所述步骤3中养护的条件为：温度20±2℃，湿度≥95％。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

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，是以纳米孔隙为主，采用消泡剂对地聚合物的孔结构进行优化，并采用PVA纤维和碳纳米管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纤维作为宏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。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明并不仅仅局限于下述实施例。

下述实施例中，偏高岭土为工业级产品。NaOH为片碱，工业级，纯度达96.0％以上。PVA纤维是长度为6mm的短纤维。碳纳米管为工业级多壁碳纳米管。

下述实施例中的改性钠水玻璃激发剂的的配制方法为：按比例称量钠水玻璃、水和NaOH后，将其搅拌混合均匀至片状NaOH完全溶解，冷却至室温备用。按该配置方法得到碱激发剂，其原料配比(以重量比计)如下：

钠水玻璃3000份；

NaOH500份；

水800份；

下述实施例中的普通地聚合物的配置方法为：将偏高岭土粉末与碳酸钠混合，倒入改性钠水玻璃激发剂搅拌，浇筑并养护成型，其原料配比(以重量比计)如下：

偏高岭土5000份；

改性钠水玻璃激发剂6000份；

碳酸钠40份；

实施例1

1)按重量百分比取各组分：偏高岭土：5000份，改性钠水玻璃激发剂：6000份，碳酸钠：40份，消泡剂：10份，PVA纤维：16份，碳纳米管：27份。

2)将偏高岭土、碳酸钠和PVA纤维搅拌均匀后，倒入改性钠水玻璃激发剂与碳纳米管混合均匀的溶液，先慢拌2分钟后快拌3分钟，从而制得新拌PVA纤维和碳纳米管增韧地聚合物浆体，制备成40×40×160mm的试件。

通过上述方法得到的PVA纤维和碳纳米管增韧地聚合物，拆模后放置在标准养护室，温度20±2℃，湿度≥95％。达到养护龄期后测得7d、28d抗折强度分别为7.16MPa、7.28MPa，相对普通地聚合物提高了61.3％、50.4％；抗压强度分别为40.1MPa、40.8MPa，相对普通地聚合物提高了2.3％、2.0％；28d弯曲韧性为48.0N·m，相对普通地聚合物提高了24倍。

实施例2

1)按重量百分比取各组分：偏高岭土：5000份，改性钠水玻璃激发剂：6000份，碳酸钠：40份，消泡剂：10份，PVA纤维：16份，碳纳米管：21份。

2)将偏高岭土、碳酸钠和PVA纤维搅拌均匀后，倒入改性钠水玻璃激发剂与碳纳米管混合均匀的溶液，先慢拌2分钟后快拌3分钟，从而制得新拌PVA纤维和碳纳米管增韧地聚合物浆体，制备成40×40×160mm的试件。

通过上述方法得到的PVA纤维和碳纳米管增韧地聚合物，拆模后放置在标准养护室，温度20±2℃，湿度≥95％。达到养护龄期后测得7d、28d抗折强度分别为6.75MPa、6.94MPa，相对普通地聚合物提高了52.0％、43.4％；抗压强度分别为42.1MPa、43.5MPa，相对普通地聚合物提高了5.0％、6.1％；28d弯曲韧性为35.6N·m，相对普通地聚合物提高了17.8倍。

实施例3

1)按重量百分比取各组分：偏高岭土：5000份，改性钠水玻璃激发剂：6000份，碳酸钠：40份，消泡剂：10份，PVA纤维：10份，碳纳米管：24份。

2)将偏高岭土、碳酸钠和PVA纤维搅拌均匀后，倒入改性钠水玻璃激发剂与碳纳米管混合均匀的溶液，先慢拌2分钟后快拌3分钟，从而制得新拌PVA纤维和碳纳米管增韧地聚合物浆体，制备成40×40×160mm的试件。

通过上述方法得到的PVA纤维和碳纳米管增韧地聚合物，拆模后放置在标准养护室，温度20±2℃，湿度≥95％。达到养护龄期后测得7d、28d抗折强度分别为6.96MPa、7.12MPa，相对普通地聚合物提高了56.8％、47.1％；抗压强度分别为39.8MPa、40.2MPa，相对普通地聚合物提高了2.6％、1.8％；28d弯曲韧性为39.0N·m，相对普通地聚合物提高了19.5倍。

实施例4

1)按重量百分比取各组分：偏高岭土：5000份，改性钠水玻璃激发剂：6000份，碳酸钠：40份，消泡剂：10份，PVA纤维：18份，碳纳米管：21份。

2)将偏高岭土、碳酸钠和PVA纤维搅拌均匀后，倒入改性钠水玻璃激发剂与碳纳米管混合均匀的溶液，先慢拌2分钟后快拌3分钟，从而制得新拌PVA纤维和碳纳米管增韧地聚合物浆体，制备成40×40×160mm的试件。

通过上述方法得到的PVA纤维和碳纳米管增韧地聚合物，拆模后放置在标准养护室，温度20±2℃，湿度≥95％。达到养护龄期后测得7d、28d抗折强度分别为6.74MPa、6.90MPa，相对普通地聚合物提高了51.8％、42.6％；抗压强度分别为41.5MPa、42.3MPa，相对普通地聚合物提高了6.4％、6.3％；28d弯曲韧性为36.0N·m，相对普通地聚合物提高了18倍。

由上述实施例制备的地聚合物胶凝材料与普通地聚合物胶凝材料的基本性能对比见表1.

*有害孔指孔径大于200nm的孔隙。

**凝胶孔指孔径小于20nm的孔隙。

以上列举的仅是本发明的具体实施例子。显然，本发明不限于以上实施例子，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，均应认为是本发明的保护范围。

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专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。