无机聚合物胶凝材料（共5篇）
无机聚合物胶凝材料 篇1
1 地聚合物的简述
法国教授Joseph Davidovits[1]在对古建筑研究的过程中发现,建筑物中存在网络状的硅铝酸盐化合物,这类物质与构成地壳的物质相似,并在1985年的美国专利[2]中称之Geopolymer—地聚合物。
我国建筑行业消耗大量的资源与能源,与各种产业相比,建筑行业对环境的影响超过12%[3]。由此可见,采用廉价且储备量丰富的原材料制备高性能、高耐久、无污染的胶凝材料是材料发展的必然趋势,对可持续发展战略有着重要的意义。而地聚合物优良的性能不仅延长了建筑物的使用寿命,更使地球上资源短缺现状得到有效缓解。
2 地聚合物原材料及工艺流程
地聚合物是以Si O2和Al2O3为主要化学成分的矿物材料,利用碱激发的方法制备。其工艺简单明了,不同于水泥两磨一烧的复杂工序。
3 地聚合物的反应机理及微观结构
影响硅铝质原料性能的因素主要是Si O2和Al2O3的含量[4],含量越高火山灰活性越大,原料含有大量无定形的Si O2和Al2O3,在碱性溶液中,极易发生解聚—缩聚反应,即地聚合反应。地聚合物的聚合反应不同于硅酸盐水泥的水化反应,不同于有机高分子聚合物的聚合反应,地聚合反应前不存在绝对意义上的单体。
地聚合物的硅氧四面体可以与硅氧四面体和铝氧四面体连接,而铝氧四面体只能与硅氧四面体相连,根据这个规律,基本单元通过不饱和的氧与硅氧四面体或铝氧四面体结合,架构向三维方向延伸,具有一定的结晶形态。
随着研究的深入,发现在原材料中添加不等数量的Si O2即可改变体系中硅氧四面体与铝氧四面体的相对数量,即Z可以等于4、5。因此,图2的结构分类并不完整,但是极具代表性。硅元素与铝元素在幻角核磁共振谱上具有不同的共振峰,可以利用幻角核磁共振谱来说明四面体的配位状态、相对数量[5,6],随即可说明硅氧四面体与铝氧四面体存在不同的状态。
4 地聚合物与陶瓷、水泥性能对比
有研究表明[7],硅桥氧键要比硅端氧键稳定,特殊的是,在铝硅酸盐中,硅桥氧键的键能要高于硅酸盐,同时也大大高于同体系中的铝桥氧键。地聚合物正是铝硅酸盐胶凝材料,很明显,作为离子键的Al—O键的键能要高于有机高分子材料中的C—O键,C—N键以及C—C键。因此地聚合物材料具有比高分子材料更优秀的强度、硬度、热稳定性以及抗氧化能力,但也由于硅氧键与铝氧键具有方向性、不易转动,因而韧性方面无法与高分子材料比拟。
与陶瓷材料相比,地聚合物材料为聚铝硅氧大分子链的三维网络结构,有“类晶态”和“玻璃态”两种结构,不存在完全的晶体和晶界,材料的性能来自于Si—O、Al—O键骨架;陶瓷是多晶体系,晶粒之间通过晶界之间相互咬合支撑,晶界是陶瓷的重要结构相,也是最薄弱的环节(多包含无定型物质),晶界的性质决定了陶瓷的整体性能,地聚合物接近陶瓷或具有比陶瓷更高的性能。陶瓷生产需要消耗大量的能源,在我国,用于燃料的平均成本费用更高达40%,居各项成本的首位[8]。
与水泥相比,地聚合物具有较高的聚合度。普通硅酸盐水泥中高活性物质在水的作用下生成氢氧化钙晶体和硅酸钙晶体,晶体之间相互交织并与无定型物质粘结在一起,这是硬化水泥强度的重要来源,也是水泥硬化后难以经受400℃以上高温的原因。在碱激活水泥体系中,分子聚合度要高于水泥,低于地聚合物,当碱激活体系中铝元素与其他阳离子比高于1.5时,有利于提高铝氧四面体的数量并与硅氧四面体缩聚成大分子链,从而可以很好的吸附其他阳离子。低于这个数值,则阳离子进入缩聚链中降低了聚合度。正是因为碱激活水泥体系中存在大量的氧化钙,使得碱激活水泥体系聚合度大大降低[7],性能不及地聚合物,但却高于普通水泥。
5 地聚合物研究史
21世纪30年代至60年代,美国的purdon[9]、前苏联的Glukhovski[10]等人为地聚合物的后期发展奠定了一定的基础,70年代初,Joseph Davidovits申请了地聚合物历史上的第一篇关于用高岭土通过碱激活反应制备建筑板材的专利,80年代初,Dr.Bengt Fross[11]利用火山灰原料制备了胶凝材料,随后,Joseph Davidovits利用玻璃纤维、碳纤维、碳化硅纤维进行地聚合物改性,效果显著[12,13]。
6 地聚合物的应用领域
地聚合物具有如下优点:施工性良好、反应热低、体积稳定性好、热膨胀系数低、耐高温、耐久性能好[2]、强度高、可进行有毒物质和核废料的处理、绿色环保、可回收再利用。
依靠其独特的性能,可应用于以下方面:
(1)地聚合物因其耐高温性能优良,不会燃烧以及放出有毒气体,因此可用于制成汽车的防热罩或飞行器的驾驶室和机舱的关键部位,提高安全系数。
(2)地聚合物在高温条件下结构能够保持稳定,可用于非铁铸造及冶金业。
(3)地聚合物高度的耐酸性、耐侵蚀性能,可使其用于塑料成型的模具。
(4)良好的加工性能使得便于成型以及制成各种艺术品和装饰用品。
(5)可用于注浆加固技术、交通、抢修工程等[14,15,16]。因为具有快硬早强的性能,提高了施工速度,带来了巨大的经济效益和社会效益。
(6)地聚合物具有稳定的牢笼型结构,可固化有毒废弃物及核废料处理。
(7)地聚合物修建的建筑物具有自调温湿的功能,且具有良好的密封性,足够的强度,适合用作粮仓储备粮食。
除此之外,地聚合物可适用于其他各行各业,经济效益、社会效益都非常显著,它在工业、民用、军事、高科技领域都具有广阔的应用前景,研发地聚合物具有重要的理论价值和实际意义。
7 结语
工业生产和矿山开采所留下的废弃物粉煤灰、矿粉等工业废渣,其回收利用率并不怎么高,例如粉煤灰,虽然它可以在混凝土的拌制成型过程起到一定的作用,但是使用效率相当低。如果工业废渣能够在建筑行业上得到充分利用,这无疑在资源回收利用方面有着深刻的影响。制备地聚合物是既能治理废弃物又能让废弃物服务社会的一种手段,在市政、桥梁、道路、水利、地下、海洋以及军事领域具有较为广阔的应用前景,不仅为国家的建设和经济的发展提供物质上的支持,更对优化地球上的资源和环境具有深远的影响。
摘要：地聚合物是一类新型的高性能无机聚合物材料,它与水泥基材料相比具有更高的强度、更优良的耐久性、无污染等特点。它在工业、民用、军事、高科技等领域都具有广阔的应用前景。本文详细介绍了地聚合物的性能、发展状况以及应用前景,分析和讨论了其主要优缺点和适用范围,并指出这一领域中值得进一步研究的一些问题和可能发展的方向。
关键词：地聚合物,微观结构,理化性能,研究现状
无机聚合物胶凝材料 篇2
关键词：文物保护,无机胶凝材料,加固,修补,防护
0 引言
文物是人类在历史发展过程中遗留下来的具有历史、艺术、科学价值的遗物、遗迹,如古建筑、碑刻、工具、武器、生活器皿和各种艺术品。文物从不同的侧面反映了各个历史时期人类的社会活动、社会关系、意识形态以及利用和改造自然与当时生态环境的状况。研究这些文物可以认识历史,了解前人的生活轨迹[1]。其中,古代土遗址、古建筑、古墓葬、石窟寺、碑刻、壁画、近代现代重要史迹和代表性建筑等这类不可移动文物的材质通常是土、砖、石类[2]。在土木工程中,把能通过自身的物理、化学作用将粒状材料(如砂和石子)或块状材料(如砖块和石块)粘结成具有一定力学强度的整体的物质统称为胶凝材料[3]。在人类早期的建筑活动中,粘土、石灰、石膏、火山灰是最早被使用的胶凝材料。因此许多土砖石结构的古遗址、古建筑中都使用过这类早期的胶凝材料。
砖质类文物(如砖质建筑、古砖塔、古城墙等)的建筑材料是由土坯经过人工高温烧制而成的。土坯在烧制过程中,产生不均匀分布的孔隙,且孔隙尺寸较大,使这类文物容易受到水及水中可溶盐的侵蚀而风化。风化后接近地面的砖体表面颜色变深,表皮粉化脱落,出现细小裂缝,砖对缝处局部凹陷,甚至造成文物建筑的力学强度变低[4]。
石质文物是指以天然岩石为材料的历史遗物,包括石窟、石刻、岩画、石碑、石佛、石塔、石桥、石器、石雕岩墓等。与其它天然材料相比,岩石具有耐久性好、对环境变化不敏感、保存时间长的特点。但是随着环境污染的加剧以及酸雨的侵蚀,石质文物的病害也趋于严重[5],主要表现为表面风化、生物霉变、岩石裂缝、渗漏溶蚀、彩绘层脱落等。
中国保留下来的大遗址、遗迹主要是夯土、石础和砖等基础构件。早期遗址尤其是先秦和秦汉建筑遗址主要为夯土基址。这类土遗址暴露在自然环境中,长期经受风吹日晒雨淋,受冻融、大气污染、微生物侵害、盐的融解结晶及震动等的影响,大多数都出现不同程度的损伤、开裂、块状剥落甚至倒塌[6]现象。
综上所述,砖、石、土质类的文物通常直接暴露在露天的环境中,受到了不同程度的自然破坏和人为破坏。那么,如何科学妥善地修复和保护这类珍贵文物是当今人类一直在探索和研究的重点。选择性能优异的材料对文物实施保护是目前切实可行的方法,其相关研究具有重要的意义[7]。对文物保护所使用的加固、修补、防护这几类无机胶凝材料发挥着重要作用,其成分、特点、适应条件、修复保护工艺直接决定着保护修复工作的成功。
1 加固材料
针对文物不同程度的损伤,如开裂、剥落甚至坍塌等状况要进行加固处理。加固粘结的目的是加强文物材料结构之间的接合及损坏面和完好面间的粘合,恢复原有的内部结构,同时尽量不改变材料原有的孔隙率和透气性等基本性能,从而提高物体的机械强度[8]。
对文物加固材料的基本要求是[9]:①材料的粘度低,渗透性或可灌性好;②加固材料外观尽量与原文物表面协调,达到“修旧如旧”的效果;③材料抗老化性能良好,若时间久了发生老化,不应产生对文物有破坏的新物质,满足文物保护材料“可逆性”的要求;④材料与原文物材料有较好的粘接力和附着力;⑤须考虑施工条件和对周围环境的影响,符合生态保护的原则。
用于砖、石、土质文物保护的无机加固材料在19世纪以前就曾广泛使用,大多数无机加固剂的作用机理是:利用溶液中的正负无机离子在多孔的砖石土的微孔隙中凝结,或与其中的硅酸盐或碳酸盐成分发生化学反应,由沉积物或反应产物填塞微孔或裂隙以形成阻挡层或替代层[2]。
无机加固剂的优点是耐候性好,耐老化性优良,使用寿命较长,与砖石土质文物在物理化学性质上比较相近,相容性好;缺点是粘结力较弱,较脆、弹性差、难渗透,易生成可溶性盐而加速文物破坏等[10]。
欧洲古代建筑多采用石结构,如罗马广场遗址和古庞贝城遗址。英国、法国、意大利等欧洲国家由于历史古迹十分丰富,在古建筑、古城遗址以及保护方面积累了不少成熟的经验。
常用的无机加固材料有生石灰、氢氧化钙、硅酸盐、氢氧化钡等。
1.1 生石灰
生石灰(主要成分为CaO,含少量MgO)属于气硬性胶凝材料,原料易得、生产工艺比较简单,使用最广泛,历史也最悠久。其加固机理基于水化消解与碳化硬化反应,首先石灰遇水生成消石灰,然后消石灰与空气中的CO2反应碳化生成CaCO3晶体,由于CaCO3的胶结作用,使得土粒或岩石胶结在一起,提高整体强度。
韩国用未消化石灰保护Daejosa Temple花岗岩佛雕的头部[11],取得了良好的效果。始建于明代的北京古城墙(见图1),正是用以石灰、石膏为主要成分的粘合剂配以巨大的城砖砌成,经历了600多年的风风雨雨,这些残墙岿然不倒,就是石灰膏耐久度的明证,新修复的城墙在用料和工艺上都与老城墙相同。
在中国古代,常在石灰中添加某些有机物(如糯米浆、动物血、蛋清、桐油、植物汁、红糖等)配制成复合胶凝材料用于建筑的砌体结构,这种胶凝材料具有极好的耐久性,完全可以与今天的水泥砂浆相媲美,即使是在寒冷、潮湿的地下环境中,其强度亦可历经百年而不退化[12]。研究表明[13],所用有机物具有一定的生物矿化模板作用,对碳酸钙的结晶和生长起到了调控作用。目前所知,较早用糯米汁石灰浆的例子是河南邓县北朝画像砖墓。用于城墙建设较早的例子是南宋和州(今安徽和县)城,其城门与城垛皆用此灰浆粘砌。用糯米灰浆建造的那些建筑,遗留至今的有很多,如赵州桥、南京明城墙、西安城墙、钱塘江大堤、客家土楼等,时间跨度从南北朝到明清时期,它们经历了数百年的风风雨雨,依然坚固完整,令后世瞻仰。即使是今天的古建筑修复、修缮工程中,按照国家规定的修旧如旧的原则,有时仍采用此法。
杨富巍等[14]开展了以糯米灰浆为基础材料的粘结和加固性能研究,试验发现,由糯米浆和石灰水组成的清液具有较好的渗透加固和混合加固性能,且不会改变被加固对象的外观,同样,相比纯石灰膏,糯米石灰膏浆的粘结性提高很多。在全国重点文物保护单位浙江德清寿昌桥(见图2)等文物修复中使用了糯米灰浆,效果良好。传统糯米灰浆已经经历了数百上千年的考验,与古建筑相容性好,没有环境污染,可以作为古建筑修复材料使用。
1.2 石灰水
石灰水(Ca(OH)2)的优点是抗老化性好、价格低,不影响文物外观;缺点是收缩性大、耐水性差。其加固机理是利用Ca(OH)2和空气中的CO2作用,生成碳酸钙固体填充在岩土的孔隙间来加固文物。但其因渗透性差,会形成表面硬壳等而停止使用多年。20世纪70年代英国人重新采用石灰水加固Wells Cathdral的雕刻作品[15],近年来Larson J H[16]又提出在石灰水浆液中加入粉末化的碳酸钙和通入热的CO2等方法解决氢氧化钙溶解度小、碳酸化速度慢的问题。
Moira等将纳米氢氧化钙粒子分散在醇介质中制备了纳米氢氧化钙-醇的分散体系,大大提高了加固溶液的钙含量和渗透性,在Sanzello教堂的现场实验中取得了较好的加固效果[17,18]。
1.3 硅酸盐
硅酸盐材料曾在欧洲广泛使用过,其原理是通过可溶性的硅酸盐,如钠、钾水玻璃,渗透到已疏松的矿物颗粒间隙中,生成非晶态的硅酸钠或硅酸钾,填补因风化失去的矿物胶结物,将石英、硅酸盐、碳酸盐等微粒结合,以加固疏松的砖石土类文物[19]。但由于反应最终会产生有害的副产物——钠、钾的碳酸盐类,给将来的保护处理带来困难,因此引起过许多争论。
(1)硅酸钾
近年来,我国敦煌研究院在泥质胶结砂砾岩石窟防风化加固研究的基础上,通过大量的室内研究和对个别土遗址现场的加固实验,研制出一种适于加固西北干旱地区的土质、石质文物的无机加固材料——高模数硅酸钾(PS)[20]。它的加固机理是硅酸钾渗透到岩体的内部与砂岩的泥质胶结物中的蒙脱石、绿泥石等黏土矿物及其风化产物起作用形成难溶的硅酸盐,其是一种含Si-O骨架的复杂物质,最初为凝胶,然后逐渐形成固态的、纤维状的无机复合体,岩石的物理强度、抗风化能力比以前都有所提高[21,22]。通过对PS与粘土作用机理的研究,赵海英等[23]建立了PS加固土质文物的理论基础,确立了一套以PS为主要加固材料的加固土质文物的工艺方法。在室内试验取得成功的基础上,先后在甘肃省安西县的汉代破城子古城遗址、吐鲁番交河故城瞭望台[24]、西安半坡遗址、秦俑坑遗址[25,26]、三门峡虢国墓地车马坑、塘山遗址[27]进行了现场试验,得出了PS加固土遗址的合适模数、浓度、施工工艺参数。
李最雄等还研制了以PS为主剂,粉煤灰和阿嘎土为填料的无机灌浆材料,用来加固空鼓的壁画,取得了良好的效果(见图3、图4)。此外,以最佳模数和浓度的PS为主剂、粉煤灰(F)为填充剂、氟硅酸钠为固化剂的PS-F灌浆材料在砂砾岩石窟岩体裂隙灌浆加固中已有广泛的应用[28,29,30]。
PS材料的缺点是耐水性差,加固后表面有“泛白”现象,不适合潮湿环境下文物的加固。
(2)硅酸钠
硅酸钠俗称钠水玻璃,具有成本低廉、操作工艺简便、绿色环保、对人体健康无害、有较强的耐候性和耐老化性的优点,胶结性能良好,硬化时析出的硅酸凝胶有堵塞毛细孔隙而防止水渗透的作用。钠水玻璃还具有高度耐酸性能,能抵抗大多数无机酸和有机酸的作用,但耐碱性和耐水性差。钠水玻璃不燃烧,在高温下硅酸凝胶干燥得更加强烈,故其强度并不降低,甚至有所增加。
钠水玻璃常用作加固粘接剂配方的主体,再加入改性剂、助剂、硬化剂和填料(石英粉、轻质碳酸钙和滑石粉)等[31]。其硬化过程分为硅酸凝胶的生成和硅酸凝胶的脱水聚合两步。最终聚合体是由硅氧键结合而成,因此比较稳定,具有一定的耐酸、耐水、耐老化以及粘结强度较高等优点,缺点是不适合于碱性环境。
水玻璃溶液还可涂刷于砖、石、硅酸盐制品等材料的表面,渗入到材料缝隙,提高材料的密实性和抗风化能力,但不能用水玻璃涂刷石膏制品,因为硅酸钠能与硫酸钙反应生成硫酸钠,结晶时体积膨胀,使制品破坏。
1.4 氢氧化钡
氢氧化钡的加固机理与Ca(OH)2类似,即能与CO2反应生成难溶性碳酸钡晶体,留在多孔性文物材料的空隙中,与碳酸钙呈现分子联结,在相邻颗粒间形成矿物桥[32]。为达到良好的加固效果,技术上需要采取适当措施,如延长溶液干燥的时间,以便碳酸钙颗粒表面的钙离子与钡离子发生置换作用,由此改变多孔性文物材料内部的颗粒表面状况,然后生成碳酸钡晶体,产生长期加固作用。值得注意的是,Ba(OH)2加固的关键在于碳酸钙晶体表面的特殊化学反应,只有用Ba(OH)2处理含有碳酸钙的文物材料才能取得满意的粘结、加固效果,用于其它材质文物效果不佳。因此,氢氧化钡主要用于加固含碳酸钙的文物。
在美国曾用氢氧化钡加固过康涅狄格州的议会大厦,当时的一些使用结果表明,该法效果并不理想,这是由于外层的氢氧化钡反应速度较快,会在文物表面形成硬壳,然后碎成小块。为了减缓反应,加入尿素,又易使岩石变黑[33]。然而,近年Lewin S Z[34]发表评论肯定了Ba(OH)2对石质文物加固的有效作用,指出加固效果的关键是技术工艺,须控制氢氧化钡溶液的干燥时间及生成的碳酸钡颗粒的尺度,才会取得好的加固效果。意大利的Lucia T[35]用Ba(OH)2加固了大理石,并在加固前后进行了XRD、FTIR、SEM分析,认为加固材料主要存在于大理石的表层。
1.5 纳米材料
纳米材料是一种新型石质文物保护材料,具有特殊的优势:①超双亲界面性,即同时具有疏水和疏油性,将降低水、油等污物对文物的侵蚀,大大减少酸雨、酸雾和有机物对露天石质文物的侵蚀;②耐紫外线和抗老化性,在高聚物中添加无机纳米微粒制成的有机/无机纳米复合物,将改善原高聚物的光学、电学、磁学等特性,解决有机石质文物加固材料寿命短的问题,是一种很有潜力的石质文物加固材料。
有人利用Sol-gel制成的纳米涂料喷在兵马俑上,可使兵马俑免受霉菌和紫外线的伤害。许淳淳等[36,37]在有机石质文物防护剂中添加纳米TiO2或SiO2颗粒进行改性,改性后的纳米复合防护剂的固结、耐老化性能以及重涂性能都有明显的提高。
2 修补材料
古建筑、石质文物或者陶质文物表面腐蚀或剥落以致残缺,使其表面的文化特征(如雕刻纹饰或文字等)逐渐消失。解决这类问题,要选用合适的修补材料,采用适当的修补技术(如粘结、压力灌浆、补缺)来修复文物。文物补缺部位的颜色根据文物本色的要求,在配制的混合液中适量加入一些颜料、陶土(或陶粉)即可。
针对土遗址的特性,要求土遗址修补材料无色、无眩光,固化成型后不改变土遗址的原貌且结构上与土质较相近、耐水性及耐老化性好。针对土遗址裂缝灌浆填充和破碎块的粘接一般采用灌浆材料,国外常用石灰粉、火山灰、石英砂与水混合,或者粘性土与石灰水混合;在国内,作为土遗址裂隙灌浆系列材料的PS-C、PS-F在交河故城、高昌故城、玉门关、阳关等工程应用中已获得成功。陶质文物的补全原则包括以下3点[38]:①可逆性,补全部位要易于拆除,且不破坏文物的原始材料;②可辨识性,要尊重文物的原始部分,既要与原始部位有所区别,又要相互协调;③可兼容性,补全材料应与文物原始材料有兼容性,选用修复材料不能改变或破坏文物的原始材料。对于古城墙的修补,我国使用的技术主要有粉刷涂料勾缝、替砖修复、砖粉修复、外贴仿制面砖、压力灌浆等。用于文物修补的无机材料有石灰、水泥、石膏、粘土、石灰石粉等。
2.1 水泥与石灰
文物修补的关键是粘接剂,最常用的无机材料粘接剂主要有水泥型粘接剂。用水泥粘结和修补石材,操作简单、工艺方便、成本低廉,因而广受欢迎。但随着时间的流逝,人们发现水泥会释放出碳酸钠、碳酸钾及硫酸盐等水溶性盐,损伤文物表面。例如,雨水能使石材板面局部或周围受潮,渗入水泥浆中的水会溶解水泥中的钙盐等成分,与空气中的CO2等反应生成白色的不溶物质,即白华现象。此外,水泥的特殊成分会给大理石等碳酸盐类石材造成一定程度的侵蚀,使表面污染更严重。目前,直接用普通水泥作为文物修补粘接剂的方法比较少见,在成都古城墙修复时,城墙砖接缝处用糯米石灰勾缝,在隐蔽部分使用水泥作粘结材料[39]。石灰石粉通常作为一种无机填料,再加入有机胶黏剂搅匀制得陶质文物的专用修补粘合剂[40]。
2.2 石膏
石膏又称煅石膏、烧石膏,遇水吸湿发生水化,生成针状结晶的二水石膏(CaSO4·2H2O),硬化成块。熟石膏粉末与水混合形成流体,逐渐增稠直至变硬。石膏制品能够随着环境空气的湿度变化吸收或释放水分,达到与外界平衡。现代工艺美术上将其用于制作模型,后又引入考古文物界用于文物修复、复制。
石膏因成本低廉、原料易得、操作简便而在古代陶器修复中得到非常广泛的应用,但也存在不少缺点:①质地脆弱,常与陶质不相匹配;②结构疏松,吸附潮气,常比古代陶质更甚;③当其为粉末时,粘附力强,常污染陶器表面,特别是表面粗糙的夹砂陶,难以清理,当其吸水结为硬块时,与陶胎的粘接力微弱,仅依靠粗糙的结合面附着在陶胎上,干燥后极易脱落。用石膏作修补材料修复好的古代陶器,一段时间后常发生酥粉、开裂、断块的现象,这正是熟石膏本身的性质所决定的。
中国文物保护研究所用石膏为填料,丙烯酸树脂丙酮溶液为粘结剂,再加入少量的矿物颜料来修补几件北魏时期的石雕佛像[41],实践证明这种修补材料具有与石雕表面相似的质感,修复效果理想。
2.3 粘土
粘土是含水铝硅酸盐的总称,具有可塑性、粘结性的特点,主要用于泥质文物的修补,如夯土建筑、客家土楼(见图5)、泥塑、土遗址(见图6)等。
李乃胜等[42]借助SEM-EDX、XRD、XRF等仪器,采用线扫描和面扫描等测试手段,分析了天津大沽海字炮台和威字炮台的三合土样品,测试出炮台的三合土配方,为炮台的修复保护提供了科学依据。袁润等[43]以焦山古炮台夯土为研究对象,使用传统配制和夯筑工艺,应用于焦山古炮台修复工程取得了较好的效果。
文物保护专家按照“修旧如旧”的原则,采用“泥层分步填充法”对天梯山石窟泥彩塑的某些断裂部位实施加固,再对细小裂缝进行灌浆修复,且在修复前先省泥以增加泥的柔韧性与可操作性,使粘土颗粒中的矿物质成分能够充分的融合,并在所用黄土中加入一些胶结材料(如糯米汁)或植物纤维(如麦秸秆、麻纤维)来增加填充泥层的胶结强度,修复效果不错[44]。
3 防护材料
防护的目的是减缓自然环境中的各种因素对文物的不利影响,防止文物表面受到环境的侵蚀破坏。对文物表面防护材料的要求是:①不影响原古建筑和石质文物的外观;②防护性好,能阻止或减少水的渗透和污染物的化学侵蚀;③有可逆性,即材料失效后对文物无副作用同时不影响新防护材料的使用;④透气,应有良好的水蒸气透过性能。
3.1 古砖、瓦保护液
中国的古建筑以砖作为主要建筑材料,砖、瓦多由不同类型的粘土烧结而成,是一种高孔隙率材料,在使用过程中容易吸收外界各种气态、液态的物质,造成老化和腐蚀。为了尽量减少外界因素对砖瓦的影响,会在其表面涂刷保护液。保护液要求具有良好的渗透性,不堵塞砖瓦孔隙,保护后的砖瓦仍保留原有透气功能,使用后不改变文物外观颜色和质感。
3.2 石质文物保护液
在石质文物表面用各种材料进行保护处理,以延缓风化腐蚀。这些保护材料对石质文物可以起到加固、防水、防溶蚀、防酸、防污、防微生物和防风化等作用,以减缓石质文物的损毁进程。
石质文物对保护材料的要求和砖瓦有许多相同之处,但由于石材更加致密,种类繁多,对保护材料和保护技术的要求又比砖、瓦更为复杂、困难。致密的结构导致保护材料的渗透难、成分繁多和内部分布的不均匀性又容易在使用保护材料后引起色差及眩光。要求防护剂具有较好的耐候性和重涂性。防护剂的耐候性越好重涂的次数越少,重涂性越好说明防护剂失效后对石材的负面影响越小。
无机石材防护剂在19世纪前也曾广泛使用,如用石灰水来保护和加固石灰石,以及后来用硅溶胶来保护和加固砂石等,大多数无机防护剂是将溶液中的盐分凝结或与石材发生化学反应,填塞石材微孔隙并产生阻挡层或替代层。现代实验表明当产物的结构和性质与石材相容时,防护是有效的,但在实际操作中,这种相容性很少有人考虑。许多事例表明,由于可溶性盐形成的结晶膨胀,无机防护剂的使用反而加剧了石材的风化。
3.3 仿生材料
仿生合成技术是模拟生物矿化过程,以有机物的组装体为模板控制无机物的结晶形成,制备出具有特殊结构和功能的新型材料。生物矿化最主要的特征就是从分子水平控制无机矿物相的结晶析出,从而使生成物具有优良的物理和化学性质[45]。
浙江大学文物保护化学实验室在一些石质文物表面发现了一种以草酸钙为主要成分的致密的亲水性半透明生物矿化膜[46],由于这层保护膜的存在,尽管长期经历自然风化和酸雨侵蚀,一些石刻文字至今仍保持完好,一千多年前在岩石上雕刻的刀痕都还隐约可见。目前已经在实验室仿生合成出了该保护膜[47,48],正在努力实现在文物材料表面(如野外石头表面)上仿生合成膜并完成大面积覆盖这一目标。P.Tiano等[49]采用多肽促进方解石晶体在石材孔隙内结晶来保护风化的石灰石,这种多肽是从甲壳类或者别的活性有机体中提取的有机矩阵蛋白质分子,能在石材孔隙中促使方解石晶体增长来桥接孔隙与石材基体,用于S.M.Angera教堂的加固处理。
Garty等[50]也在一种叫Ramalina lacera的叶状地衣所依附的岩石表面发现了天然草酸钙膜,其中还含有一些硫酸盐,推测这种膜的形成是在地衣协调下的生物矿化过程。Arocena等[51]在南极洲的一个岛上发现大片的磷酸钙薄膜覆盖在岩石的表面。洪坤等[52]受天然草酸钙防护膜的启发,通过仿生技术以十六烷基三甲基溴化铵为有机模板调控氟硅酸钠的水解沉积,在青石表面制备出二氧化硅防护膜。制备出的仿生膜具有优良的耐酸、耐污性能,憎水性有所提高,但仍保持青石亲水的性能。他们还用红外光谱仪和扫描电子显微镜对仿生膜的结构和形貌进行了表征。
仿生无机材料具有耐候性优越、与基底石材相容性好、合成条件(常温常压)温和及对环境无污染等优点,为石质文物的保护工作开辟了一条新的途径。利用仿生技术模拟生长此类保护膜用于文物保护无疑具有诱人的前景。
4 展望
由于文物的唯一性和不可再生性,文物保护用无机胶凝材料与一般保护材料相比具有特殊性(如与文物本体有较好的相容性、耐老化、可逆性等)。人们通过对其进行科学与实践研究,取得了一些很有价值的成果,但同时也存在一些值得注意的问题。
(1)文物保护材料应用的成功与否,不仅仅看材料本身的基本特性,在很大程度上还取决于材料的制备技术、适应条件和加固工艺。此外,在进行文物保护工作前要仔细认真研究文物病害的特征及原因,了解材料的适用范围、局限性以及文物所处的自然环境(温度、湿度及其变化范围等)。
(2)新材料、新技术的专业研究是文物保护工作者努力的方向。目前已有研究的新型有机硅材料、纳米材料、仿生材料及有机/有机复合材料具有很好的应用前景。同时应深入研究保护材料与文物相互作用的微观机制,对于开发适用的新型保护材料很有帮助。
无机聚合物胶凝材料 篇3
每种材料都有各自的优点, 同时也有各自的缺点, 能否制成一种兼具两类或两类以上材料特点的材料呢?回答是肯定的, 也就是杂化材料。它是两种不同类型的材料的复合。组成物质聚集态的微粒在小尺度杂化时为纳米粒子。因为纳米颗粒具有一些特殊性, 其表现出许多人们所需求的优良的性能。具有高密度、多功能、高集成度、高密存储能力、协调和协同效应, 且材料透明, 可用于光学通讯, 满足信息时代人们对材料的要求。
2 实验部分
2.1 实验机理
以钛酸四丁酯为母体, 采用溶胶凝胶法, 在一定条件下, 经水解缩聚反应, 形成具有特定空间网络结构的醇凝胶。水解与缩聚反应以无水C2H5OH为溶剂, HCl为水解抑制剂, 因水中羟基与Ti作用导致Ti (OC4H9) 4发生不同程度的水解反应, 水解反应产物发生分子间的凝聚反应, 并脱去水或醇分子, 便构成了具网络结构的醇凝胶。
2.2 主要实验仪器和药品
2.3 实验装置
1-电动搅拌器;2-三口烧瓶;3-分液漏斗;4-温度计;5-恒温水浴
1-搅拌电机;2-冷凝管;3-三口烧瓶;4-水浴容器;5-电磁炉;6-数字温控仪;7-温度计
2.4实验步骤和操作
2.4.1实验线路
2.4.2反应历程
2.4.3操作步骤
(1) 溶胶制备过程
室温下将一定摩尔比的钛酸四正丁酯 (TBOT) 、偶联剂 (ETES或MPTMS) 和无水乙醇混合, 剧烈搅拌下将水和盐酸组成的醇溶液均匀缓慢滴加到上述混合液中, 待反应2-3小时后得到的物质即为Ti O2溶胶。
(2) 纳米PMMA/Ti O2复合材料的制备
在聚合管中加人一定量的MMA、MSMA、AIBN和溶剂THF, 通N2气3min后, 聚合3h。开封后在聚合物溶液中加入计算量的Ti (OC4H9) 4, 搅拌使溶液澄清均相。然后将HCI、H2O溶于THF的溶液倒入该聚合物溶液中, 剧烈搅拌10min, 得到一均相澄清溶液, 将其倒入模具中, 在室温下用封口膜封口放置2天后, 在膜上扎几个针孔使溶剂缓慢挥发。约20天后得到浅黄色透明的杂化聚合物材料, 即PMMA/Ti O2纳米复合材料。
3 结论
本研究采用溶胶-凝胶法, 探索合成聚合物基无机纳米杂化材料的新途径, 通过化学键实现聚合物/无机纳米溶胶粒子的组装, 并获得具有纳米结构的杂化材料, 使其结构更具有稳定性。本文成功地合成了PMMA/Ti O2纳米杂化材料, 并对此杂化材料的结构形态以及特性进行了大量的研究, 主要结论如下:
(1) 通过对PMMA-Ti O2纳米复合材料制备过程中水的加入量、催化剂、偶联剂、反应时间等因素的讨论, 对制备PMMA-Ti O2纳米复合材料的工艺条件进行了优化, 得到最佳工艺路线。
(2) 通过对试样的紫外光谱进行分析得知, 制得的复合材料具有优异的紫外屏蔽性能。
摘要：本文通过溶胶-凝胶过程制备了有机-TiO2纳米复合材料, 即一种兼备无机和有机两种性能的新材料。
关键词：PMMA,TiO2,杂化,溶胶-凝胶,纳米
参考文献
[1]杨柏.高性能聚合物光学材料[M].化学工业出版社, 2006, 8.
无机聚合物胶凝材料 篇4
丙烯酰胺(AM)分子中含有—C=C—和—CONH2两种基团,很容易打开双键进行自聚或与其它烯类单体共聚,得到丙烯酰胺聚合物(PAM),用途极广,广泛应用于水处理、造纸、采油、矿冶等领域[12]。
我国有盐碱地面积3.5×107hm2,相当于耕地面积的1/3,对于土地资源较匮乏的我国来讲,盐渍土的改良和利用是涉及土地资源可持续发展的重要问题[13]。本文通过在天津滨海盐渍土中加入小分子有机单体丙烯酰胺(AM),采用过硫酸铵与亚硫酸氢钠氧化还原体系在常温下聚合,实现盐渍土和聚合物结合成一体的生态胶凝材料,提高其强度与耐水性,为广大农村提供高性能生土建筑材料,同时为盐渍土的利用探索一条新途径。
1 试验
1.1 原材料
盐渍土:取自天津滨海新区临港经济开发区临海公路旁,经110℃烘干后磨细,平均粒径为13μm,每100 g盐渍土中Cl-和SO42-的含量分别为1566.2 mg和554.9 mg,塑限19.5%,液限39.1%,塑性指数19.6,矿物以石英、蒙脱石、伊利石、方解石、钠长石为主,含有少量的高岭石,其化学成分见表1;丙烯酰胺(AM),分析纯,天津市光复精细化工研究所;过硫酸铵(APS),分析纯,天津市大茂化学试剂厂;亚硫酸氢钠,化学纯,天津市科威化学试剂有限公司,N-N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBA),分析纯,天津市化学研究所;高岭土,工业纯,天津市科威化学试剂有限公司;自来水。
表1 滨海盐渍土的化学成分
%
1.2 试验方法
将不同比例的AM、APS与亚硫酸氢钠、MBA、高岭土、盐渍土,按0.35的水固比(水与高岭土、盐渍土总质量的比值),采用砂浆搅拌机搅拌,将拌合料浇注后振动成型,试件尺寸为40 mm×40 mm×160 mm,在温度20~30℃、相对湿度70%~90%的室内空气中养护。采用JYE-300A型全自动恒压力试验机和DKZ-000型电动抗折试验机,参照GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》测试7、14、28 d抗折强度和抗压强度;软化系数以试件养护28 d,然后在水中浸泡1 d的抗压强度与未浸泡试件的抗压强度之比计算得到,并对样品进行红外光谱与超景深电镜分析。
2 结果与讨论
2.1 改性盐渍土生态胶凝材料的力学性能(见表2)
表2 改性盐渍土生态胶凝材料的正交试验配合比、试件强度及分析
注:AM和高岭土的用量均基于盐渍土质量的百分比;(APS+亚硫酸钠)和MBA的用量均基于AM质量的百分比。
由表2可见:
(1)AM常温原位聚合改性盐渍土生态胶凝材料的力学性能比盐渍土大幅度提高,28 d抗折强度和抗压强度分别从1.43 MPa和3.9 MPa最高提高到5.59 MPa和15.0 MPa,分别提高了291%和285%。
(2)AM用量对盐渍土生态胶凝材料的力学性能的影响最大,其次交联剂MBA用量对生态胶凝材料的28 d强度影响较大,其余的影响不显著。原因是AM用量较少时,生成的聚酰胺少,不能完全填充整个盐渍土样,形成的氢键少,胶结范围小,所以力学性能低;随着反应体系中AM反应物的增加,生成的聚酰胺多,胶结程度增大,所以力学性能提高。PAM的交联程度随交联剂用量的增大而增大,适度的交联有利于力学性能提高,但过大的交联程度反而不利于聚酰胺分子链上的活性基团与盐渍土中的活性基团进行键合,进而导致强度有所降低。
2.2 改性盐渍土生态胶凝材料的耐水性
为了研究改性后盐渍土生态胶凝材料的耐水性能,将0#空白试件和13#改性试件进行浸水试验,观察其形态变化,结果见图1。
图1 0#空白试件和13#改性试件浸水后的形态
从图1可以看出,空白试件在浸入水中0.5 h内完全融为泥浆,改性盐渍土试件浸水24 h后,只出现少许表层掉渣现象,完整保存原形态,取出后测得的软化系数见表3。
表3 改性盐渍土生态胶凝材料的耐水性
由表3可见,AM常温原位聚合改性后大大提高了盐渍土生态胶凝材料的耐水性。
2.3 微观结构和机理分析
0#空白试件和13#改性试件的红外光谱分析见图2。
图2 0#空白试件和13#改性试件的红外光谱
由图2可以看出,13#改性试件在1600 cm-1左右即丙烯酰胺C=C双键峰附近无吸收,且在1675 cm-1处出现酰胺特征吸收峰,这表明AM在盐渍土中聚合生成大分子聚酰胺(PAM)。
用超景深电镜对0#空白试件和13#聚合改性试件显微结构进行了测试分析,结果见图3和图4。
图3 0#空白试件的显微照片
图4 13#改性试件的显微照片
由图3、图4可以看出,AM聚合改性后的土颗粒之间产生胶结物,颗粒团聚现象明显,使原先小颗粒演变成较大的颗粒,且胶结物质填充孔隙,从而使之强度提高。
结合红外光谱与显微照片的分析可知,AM原位聚合改性盐渍土生态胶凝材料的机理[12]为:聚合得到的PAM大分子链侧基带有的酰氨基具有高极性和高反应性,易与含有—OH基团的黏土矿物形成氢键,产生很强的吸附作用,可吸附多个黏土颗粒,把黏土颗粒拉在一起,使原先小颗粒演变成较大的颗粒,在土颗粒之间形成由大分子链桥连的稳定网络结构,加强了颗粒之间胶结作用,抑制黏土颗粒的分散运移,从而使强度提高,同时多点吸附的PAM大分子链很难被其它的低价离子取代和被水冲走,可以长期稳定黏土,提高其耐水性。
3 结语
(1)AM聚合改性盐渍土生态胶凝材料在AM占盐渍土质量的4%,高岭土占盐渍土质量的10%,氧化还原剂过硫酸铵与亚硫酸氢钠的质量比为1∶2,APS+亚硫酸氢钠总质量占AM用量的3%,交联剂占AM用量的1%时,其28 d抗压和抗折强度分别可达15.0 MPa和5.59 MPa,较改性前分别提高了285%和291%,软化系数可达0.50。
(2)AM在盐渍土中聚合得到的PAM与盐渍土之间形成氢键,产生强的吸附作用,加强了颗粒之间的胶结作用,抑制黏土颗粒的分散运移,从而使之强度增加。
(3)AM聚合改性盐渍土生态胶凝材料具有简单、节能、易操作、环保、强度较高和耐水性较好等优点,且AM用量较小,有利于提高经济效益,可为广大农村提供高性能生土建筑材料,同时为盐渍土的利用探索一条新途径。
摘要：研究了丙烯酰胺(AM)常温原位聚合对盐渍土生态胶凝材料力学性能的影响及增强机理。通过正交试验考察了聚合条件对盐渍土生态胶凝材料力学性能的影响,确定了力学性能较佳的工艺条件。并采用超景深电镜、红外光谱对盐渍土生态胶凝材料的微观结构进行分析。结果表明:丙烯酰胺常温原位聚合改性后的盐渍土生态胶凝材料的28 d抗折、抗压强度分别可达5.59、15.0MPa,较改性前分别提高了291%和285%,软化系数为0.50;超景深电镜与红外光谱分析表明,AM在盐渍土中聚合得到的PAM与盐渍土之间形成氢键,产生强的吸附作用,加强颗粒之间胶结作用,抑制黏土颗粒的分散运移,从而使其强度和耐水性提高。
无机聚合物胶凝材料 篇5
1实验准备
1.1实验材料
NE - 1型无机胶凝材料( 一种特种水泥) ,徐州中联水泥有限公司,其性能指标如表1所示。
聚四氟乙烯 - 聚丙烯酸酯乳液,南昌华特化工有限公司, 固含量54. 0% ~ 56. 0% ,粒径0. 2 ~ 0. 4 μm,最低成膜温度0 ℃ ,玻璃化温度 - 12 ℃ ,粒度500 ~ 4000 m Pa·s。
聚羧酸减水剂,南京卓雨建材有限公司。其性能指标如表1所示。
消泡剂,磷酸三丁 酯 ( CH3CH2CH2CH2O3)3PO, 分子量266. 32,无色液体,微溶于水,能与多种有机试剂混和,密度 ( 20 ℃ ) 0. 974 ~ 0. 980 g/cm3。
水,洁净蒸馏水,达到可饮用要求。
1.2实验器材
YSXD - R900型氙灯光耐气候试验箱,上海毅硕实验仪器厂; D25 - F型电动搅拌机,杭州仪表电机厂; MD800 - 1型电子天平,杭州仪表电机厂; HBY - 30型CA砂浆养护箱,上海乐远实验仪器公司; QCJ漆膜冲击器,天津市材料试验机厂; QTX - 1型漆膜弹性试验器,天津市材料试验机厂; QFA电动漆膜附着力试验仪,上海乐远试验仪器公司; 马口铁板 ( 150 mm × 70 mm、120 mm × 50 mm) ,自制; 放大镜; 牛皮纸 ( 300 mm × 150 mm) ,自制; 烧杯; 玻璃棒; 滴管。
1.3实验方法
( 1) 常温养护试验
将制得的样品浆体涂覆至打磨光滑的马口铁板上编号为 ( B1 ~ B5) ,在HBY - 30型CA砂浆养护箱内养护,温度20 ℃ ,湿度为50% ,养护时间为7天。
( 2) 氙灯光老化试验
按照GB/T1865 - 1997标准,将待老化样板放置在氙灯光老化试验架上进行加速老化。实验条件: 发射峰特征波长315 ~ 400 nm; 幅照度: 1000 dw / cm2; 老化箱内温度70 ℃ ; 光源 - 样板距离20 cm。
( 3) 附着力试验
参照GB 1720 - 79( 89) 《漆膜附着力测定法》,将成型并养护一定龄期的试件在附着力测定仪上进行附着力测试,并按规定进行评级。
( 4) 抗冲击性试验
参照GB 1732 -93 《漆膜耐冲击性测定法》,将成型并养护一定龄期的试件在漆膜冲击器上进行抗冲击性测试,并按规定评级。
( 5) 抗弯折性试验
参照GB/T 1731 - 93 《漆膜柔韧性测定法》,将成型并养护一定龄期的试件在漆膜弹性试验器上进行抗弯折性测试,并按规定评级。
2实验步骤
实验选取NE - 1型无机胶凝材料为主要粉料组分,加入不同比例的聚四氟乙烯 - 聚丙烯酸酯乳液为主要液料组分,同时添加适量聚羧酸减水剂、消泡剂与水分,用搅拌机搅拌3 ~ 5 min,制成粘度适宜的浆体,按比例编号为B1 ~ B5,其主要组成如表3所示。
3实验结果与分析
3.1材料热氧老化抗开裂性能分析
将养护好的样板放入氙灯光老化实验箱中,经过140 h后所得实验样板表面图与实验结果结果如图1与表4所示。
由表4可知,实验样板经过140 h氙灯老化实验后都受到不同程度的开裂,直接受氙灯光照射的样板正面比没有受照射的背面开裂严重,且B3样板开裂情况最为严重。
为更加直观分析聚合物改性水泥复合材料热老化条件下抗开裂性能,在此根据表4中破坏情况的不同程度进行量化然后作图分析,量化值如表5所示。
根据表5中开裂面积比率,做出对比如图2所示。
由图2可知,随着聚合物乳液添加量的增多,样板在氙灯老化实验后开裂面积比率图成线性回归的趋势。聚合物乳液添加量为40% 时,其样板开裂面积比率最大,而乳液添加量大于或者小于40% 时,样板开裂面积比率都明显减小,因此把聚合物乳液添加量为40% 的改性无机基复合材料称为水泥 - 朔料体,40% 的聚合物乳液添加量称为水泥 - 塑料体的临界值。作者分析开裂原因有三种:
一是水泥水化产物生成Ca - O键,Si - O键以及Al - O键的键能都相当强,不能被氙灯光所破环,因此聚合物改性无机基复合材料在高温且受氙灯照射的情况下,主要破坏了材料中的聚合物组分,使聚合物分子链中基团裂化,分子失去了原有的物理化学性质,不仅不能发挥原有聚合物分子包裹并交联水泥颗粒的作用,还使聚合物分子本身变得发脆,失去原有聚合物分子具有柔性的特点,导致材料中的交联网状结构受到影响,发生撕裂。
二是由于纯聚合物乳液自身发生聚合后,形成缠绕的非规则排列的大分子玻璃体,具有很好的柔性,随着温度的改变, 分子链伸缩自如,释放其内应力,防止开裂。然而与水泥混合后,水泥水化产物则会阻止其内应力的释放,当应力大于阻力时就会在界面处产生撕裂效应。在高温下,当聚合物乳液添加量大于40% ,随着乳液含量继续升高,水泥 - 塑料体主要表现为塑料性,复合材料柔韧性提高,能较好释放自身内应力,所以开裂减弱; 又当聚合物乳液添加量小于40% ,随着乳液含量继续减少,水泥 - 塑料体主要表现为水泥性,内部水化产物阻力大于聚合物分子链伸张时产生的内应力,因此开裂减弱。
三是聚合物乳液改性水泥复合材料在水化过程中,一些聚合物分子中的活性基团与水泥水化产物中的Ca2 +、Al3 +产生交联反应,形成特殊的桥键作用,在高温与氙灯照射下桥键断裂导致样板产生撕裂,桥键越多,撕裂也就越多。当乳液添加量为40% 时,聚合物提供的活性基团与水泥水化产物提供的离子刚好达到平衡,二者交联反应形成的桥键刚好饱和,而当乳液添加量大于40% 或者小于40% 时,无论是添加量继续增大或者是继续减小复合材料形成的桥键都减少,因此产生的开裂都减少。
3.2材料热氧老化后力学性能分析
为了进一步确定聚合物改性无机基复合材料在受到热氧老化后的物理性能,本文对实验所得样板进行物理性能 ( 附着力、耐冲击性、抗弯折性) 对比检测实验,所得结果如表6所示。
由表6可知随着聚合物含量的升高,复合材料的附着性能也随之提高,添加量为20% 的聚合物乳液改性无机基复合材料的附着力等级为4级,而当乳液添加量提高到60% 时,复合材料的附着力等级为1级,说明聚合物乳液对复合材料的附着性能影响很大。通过对比不同配方在热氧老化后耐冲击性能可以看出,当聚合物乳液添加量为20% 时,其耐冲击性为40 cm, 当乳液含量在30% ~ 60% 时,材料耐冲击性保持为50 cm,说明当无机材料含量一定时,聚合物乳液对复合材料在热氧老化后耐冲击性能影响不大。另外由表可以看出,随着聚合物乳液含量的增多,复合材料在热氧老化后抗弯折性能明显增强,由乳液添加量为20% 时的10 mm提高到乳液含量为60% 时的2 mm,说明聚合物乳液对材料抗弯折性能影响很大。
4结论与展望
( 1) 不同含量聚四氟乙烯 - 聚丙烯酸酯乳液改性无机基复合材料经过常温养护后在热氧老化实验下产生不同程度的开裂,而聚合物乳液含量为40% 时开裂情况最为严重。
( 2) 聚四氟乙烯 - 聚丙烯酸酯乳液改性水泥复合材料经过常温养护后在热氧老化实验下产生开裂的原因,分析有三种。
( 3) 通过对比不同配方在热氧老化后物理性能可以发现, 聚合物乳液对复合材料在热氧老化试验后附着性能和抗弯折性能改善非常明显,对其耐冲击性能影响不大。
( 4) 添加量为40% 的聚四氟乙烯 - 聚丙烯酸酯乳液改性无机基复合材料刚好形成一种水泥 - 塑料体,因此通过添加其它助剂改善其抗开裂性能,使其复合材料得到优良的水泥与塑料共性,也是课题组下一步研究的重点,以期能早日应用于国家与军队的重点工程。
摘要：聚合物改性无机基复合材料是一种具有优异的新型功能材料,而聚合物乳液添加量对其抗开裂性能有很大的影响。将聚四氟乙烯-聚丙烯酸酯乳液按照不同比例加入到复合材料体系中,然后涂覆至打磨光滑的马口铁板上制成样板在常温养护后经140 h热氧老化实验并检测其力学性能,结果发现:添加质量比为40%时样板开裂情况最为严重,另外乳液对复合材料附着性能和抗弯折性能改善较大,对其耐冲击性能改善不明显。