專利名稱：用于制備輕質(zhì)集料的乳濁液的制作方法
本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?2109300.4，申請(qǐng)日為1992年8月7日，發(fā)明名稱為“輕質(zhì)集料”的中國(guó)專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
本發(fā)明涉及用于制造建筑材料如水泥產(chǎn)品，石膏產(chǎn)品，灰泥板等的改進(jìn)的輕質(zhì)集料的乳濁液，本發(fā)明進(jìn)一步涉及加入集料的建筑材料，以及制造輕質(zhì)集料和加入集料產(chǎn)品的方法。
通過(guò)在水硬粘合料如水泥/砂/水混合物中加入輕質(zhì)集料如蛭石，軟木，礦渣，石棉，蔗渣等來(lái)制造低密度混凝土的方法是已知的。由加入泡沫顆粒，如聚苯乙烯泡沫，作為輕質(zhì)集料而制得的低密度混凝土具有許多改善的特性，然而，水泥材料并不容易同這些憎水的輕質(zhì)集料粘合。在使用聚苯乙烯泡沫顆粒(是天然高憎水性的)時(shí)，曾提議在水泥中加入粘合劑，或在顆粒上預(yù)涂粘合劑，目的是為了提高泡沫顆粒與水泥之間的粘合性。
所提議的各種粘合劑包括瀝青產(chǎn)品，煤焦油和瀝青與環(huán)氧樹(shù)脂或酚醛樹(shù)脂的混合物。這些粘合劑被認(rèn)為是起著軟化可發(fā)性聚苯乙烯顆粒的表面的作用，從而提高顆粒和固化水泥之間的粘合強(qiáng)度。
這種材料的使用會(huì)遇到一個(gè)缺點(diǎn)，即當(dāng)將瀝青和焦油狀產(chǎn)品施涂于聚苯乙烯顆粒中會(huì)趨于導(dǎo)致顆粒聚集成塊使表面發(fā)粘而很難分散、而且，涂料有很濃的瀝青氣味，這在以前的成品中就已發(fā)覺(jué)，更重要的是聚苯乙烯泡沫顆粒和固化水泥之間的粘合強(qiáng)度要比希望的差。
由于粘合劑是粘性的，通常在一混合器中將粘合劑涂在聚苯乙烯上，然后在同一混合器中加入水泥和水形成混凝土以避免處理粘性集料?？晒┻x擇地，可通過(guò)隨后將涂瀝青的聚苯乙烯珠粒粉末化以防粘性集料的粘結(jié)。在施工現(xiàn)場(chǎng)，與微小顆粒物質(zhì)如水泥粉和加入的水泥及水放入模子中進(jìn)行模壓。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種能避免或至少能改善現(xiàn)有技術(shù)缺點(diǎn)的改進(jìn)的輕質(zhì)集料，并在其優(yōu)選實(shí)例中提供集料和水泥材料間增強(qiáng)的粘合性，增強(qiáng)的粘合性意味著可獲得比現(xiàn)有的輕質(zhì)集料更好的粘合強(qiáng)度。
按本發(fā)明的一個(gè)方面是在于輕質(zhì)集料包含涂有粘合劑的輕質(zhì)多孔顆粒，所述的粘合劑包含至少10％(重量)的一種或多種過(guò)渡金屬離子，過(guò)渡金屬離子通常選自已知過(guò)渡金屬如鈷和鉻的組，且此組同樣包括所有已知過(guò)渡金屬的氧化態(tài)。過(guò)渡金屬離子存在于離子化合物或配位化合物中。
在輕質(zhì)集料的優(yōu)選實(shí)例中多孔顆粒是平均直徑為從0.5到15mm的可發(fā)性聚苯乙烯泡沫顆粒，且可以是球狀，珠狀，丸狀或再生顆粒。優(yōu)選的粘合劑是瀝青，它從水的乳濁液中施涂于聚苯乙烯顆粒的表面，所希望的過(guò)渡金屬離子是以氧化鐵存在的鐵離子，它懸浮于在將乳濁液施涂于聚苯乙烯顆粒之前使用粘度改性劑的瀝青乳濁液的水相中。
同樣希望乳濁液含表面活性劑和分散劑，能聯(lián)結(jié)聚苯乙烯顆粒和粘合劑。
涂有本發(fā)明粘合劑的聚苯乙烯珠粒能自由滾動(dòng)，它們可直接加到水硬水泥混合物中或包裝，貯存，運(yùn)輸，然后在如建筑土地上與混凝土混合物混合。聚苯乙烯珠粒有一獨(dú)特的“化學(xué)包裝”，使它們能均勻分散，且與水泥材料牢固粘合而不需要為此目的再加入化學(xué)制品。按本發(fā)明含集料的混凝土對(duì)重量比來(lái)說(shuō)具有驚人的高模壓強(qiáng)度，且與已有文獻(xiàn)相比還有其它的改進(jìn)性能。
按確切(反應(yīng))機(jī)理，離子氧化物的存在并不一定能增加水泥和集料間的粘合強(qiáng)度。波特蘭水泥是鋁硅酸鈣粉，作為固體塊與水作用，在加水前，它主要是由硅酸鈣(Ca2SiO4和Ca3SiO5)和鋁酸鈣(Ca3Al2O6)的混合物組成的，當(dāng)與水作用時(shí)，鋁酸鹽發(fā)生水解生成氫氧化鈣和氫氧化鋁，進(jìn)一步地與硅酸鈣反應(yīng)形成鋁硅酸鈣的網(wǎng)狀晶體。假定，在本發(fā)明的集料中，鋁硅酸鈣與聚苯乙烯間的粘合是通過(guò)在鐵離子和聚苯乙烯(使用pi鍵)及二氧化硅、氧化鋁(使用配位鍵)的供電子基團(tuán)之間形成穩(wěn)定的鍵而得到加強(qiáng)的。
已知，離子與氧及其它無(wú)機(jī)供電子體如水合Fe(H2O)6++和Fe(OH)2(H2O)8+4形成許多化合物，同樣已知，亞鐵離子與有機(jī)分子如血紅蛋白和二茂鐵能形成非常強(qiáng)的配位化合物。本發(fā)明中，認(rèn)為當(dāng)將按本發(fā)明的集料加入水泥混合物中，鐵會(huì)形成相似的橋鍵結(jié)構(gòu)。另一個(gè)可能性是過(guò)渡金屬離子化合物的晶體結(jié)構(gòu)有助于聚苯乙烯和水泥間的物理粘接。
掃描電子顯微鏡顯示了聚苯乙烯珠狀/顆粒周圍的部分鐵原子，這就進(jìn)一步證實(shí)了鐵的粘合作用，是否它是通過(guò)過(guò)渡金屬的粘合，結(jié)晶相的形成能增加水泥的強(qiáng)度，或者是一些另外的機(jī)理。當(dāng)使用其它的過(guò)渡金屬時(shí)，認(rèn)為包含相似的機(jī)理。
現(xiàn)在本發(fā)明的各種實(shí)例將只通過(guò)實(shí)施例作更詳細(xì)的描述。
按本發(fā)明首先選擇的是輕質(zhì)顆粒材料。優(yōu)選的材料是閉孔泡沫顆粒材料如可發(fā)性聚苯乙烯泡沫。典型的聚苯乙烯是珠狀或球狀，由裂解或再生廢聚苯乙烯泡沫(正確的分級(jí)過(guò)程)所獲得不規(guī)則顆粒也同樣適用，其它材料顆粒如軟木，蛭石，珍珠巖，高爐礦渣，蔗渣和相似的輕質(zhì)集料材料及其它高聚物泡沫都可選擇用于水泥產(chǎn)品中，其中所需性能標(biāo)準(zhǔn)不如用于混凝土的嚴(yán)格。
優(yōu)選的閉孔泡沫聚苯乙烯珠粒的直徑可如0.5到15mm，優(yōu)選的直徑為3到5mm，典型的密度為12到20kg/m3，更優(yōu)選的為14到18kg/m3，然而聚苯乙烯泡沫的密度并不是至關(guān)重要的。
聚苯乙烯珠粒涂有粘合劑，優(yōu)選的粘合劑為瀝青或焦油，但也可以是合適的高聚物或天然或合成樹(shù)脂。實(shí)施例中包括酚醛樹(shù)脂，紫膠片，環(huán)氧樹(shù)脂，聚乙酸乙烯酯等，優(yōu)選的粘合劑是苯酚和烷基取代脂肪族、芳香族和雜環(huán)芳香族化合物瀝青甲苯可溶的混合物分子量的范圍在500-1000，具有40-45℃的軟化點(diǎn)。粘合劑起粘合氧化鐵和聚苯乙烯顆粒表面的作用，并降低聚苯乙烯的增水性。
優(yōu)選地，粘合劑在水中在合適的攪拌裝置如均化器中乳化。
希望加入表面活性劑，表面活性劑被認(rèn)為至少起二個(gè)重要的作用，其一是有助于瀝青的乳化，然而表面活性劑通過(guò)瀝青來(lái)粘合聚苯乙烯同樣被認(rèn)為有助于集料在水泥中的分散。所用表面活性劑的數(shù)量因此比僅僅用于乳化的要多。各種陰離子，陽(yáng)離子或非離子表面活性劑都可用于本發(fā)明，陰離子表面活性劑是優(yōu)選的，合適的陰離子表面活性劑包括烷基和芳基磺酸鹽如以商標(biāo)為Alkanol來(lái)銷售的，木素磺酸鈉和皂化樹(shù)脂陰離子表面活性劑都是優(yōu)選的。
在制備本發(fā)明的集料時(shí)，過(guò)渡金屬化合物分散在乳濁液的水相中，優(yōu)選的過(guò)渡金屬化合物是過(guò)渡金屬的氧化物并優(yōu)選氧化鐵，鐵離子的粘合作用上面已討論過(guò)，同樣認(rèn)為當(dāng)使用氧化鐵時(shí)氧化物離子的存在會(huì)阻止二氧化碳通過(guò)加入集料混凝土的擴(kuò)散。通常，二氧化碳與水泥石灰反應(yīng)產(chǎn)生方解石，這樣就能降低pH值并有助于混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕。當(dāng)在集料中有過(guò)渡金屬氧化物時(shí)，二氧化碳與氧化物陰離子反應(yīng)生成碳酸根離子，這樣就能降低碳酸鹽的腐蝕，所希望的氧化鐵以金屬氧化鐵顏料的形式存在。其它的過(guò)渡金屬化合物如鉻，鈷和鎳，如以氧化物或鹽或配位化合物形式也可使用，使用粘度調(diào)節(jié)劑或增稠劑使氧化鐵存在于懸浮液中，合適的粘度調(diào)節(jié)劑是改性的纖維素化合物如烷基羧基纖維素，為了防止氧化鐵從乳濁液中析出，希望將粘度增加到大約25帕斯卡秒。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，通常涂在輕質(zhì)顆粒材料上的乳濁液含30-45份(重量)的無(wú)水分散相和70-55份(重量)的乳濁液水相的，更優(yōu)選地，分散相是乳濁液的35-40份(重量)，無(wú)水相是苯酚和烷基取代的脂肪族芳香族，和雜環(huán)芳香族化合物的甲苯可溶混合物，其分子量范圍在500-1000，具有40-45℃的軟化點(diǎn)。在優(yōu)選的實(shí)施例中，水相是由約50份水與2份高分子量苯酚和酸性化合物即松香酸與氫氧化鈉中和生成一陰離子乳化劑而組成的，其中，水相分散約5到20份(重量)的金屬氧化物顏料水相，和約1-2份(重量)的改性纖維素化合物(如羧甲基纖維素)的水相，以增加懸浮液的粘度和穩(wěn)定性，可任意包括一聯(lián)苯酚或其它殺菌劑(0.05份)和0.05份香料，隨后瀝青相在水相中乳化。生成的乳濁液的粘度應(yīng)該不能明顯看到固體的沉降和產(chǎn)物剛好能倒出。最終配方的pH應(yīng)在pH9-pH10的范圍內(nèi)是優(yōu)選的。在施涂到可發(fā)性聚苯乙烯珠粒表面前，乳濁液用水以1∶1的比例稀釋，然后與珠?；旌?。
粘合劑至少含10％(干重)的過(guò)渡金屬氧化物，在優(yōu)選的乳濁液中，占乳濁液5-15％(重量)的是氧化鐵，當(dāng)乳濁液的40-60％是水時(shí)，作為瀝青相百分?jǐn)?shù)的氧化鐵在約10到50％(重量)的干瀝青的范圍內(nèi)，氧化鐵可以礦物顏料的形式存在。
下面是本發(fā)明配方的實(shí)施例實(shí)施例1 實(shí)施例2瀝青33.50kg 瀝青 35.50kg水 51.00水 48.00三氧化鉻12.00氧化高鈷 13.00氧化松香樹(shù)脂2.00 氧化松香樹(shù)脂 2.00甲基纖維素 1.00 甲基纖維素 1.00氫氧化鈉0.25 氫氧化鈉 0.25聯(lián)苯酚A 0.15 聯(lián)苯酚A 0.15香料0.10 香料 0.10------------100.00kg 100.00kg實(shí)施例3實(shí)施例4瀝青36.50kg瀝青35.00kg水 51.00 水 57.00氧化鐵 9.00 氧化鐵 5.00氧化松香樹(shù)脂2.00 氧化松香樹(shù)脂1.75甲基纖維素 1.00 甲基纖維素 1.00氫氧化鈉0.25 氫氧化鈉0.25聯(lián)苯酚A 0.15香料 0.10 ----------- 100.00kg100.00kg實(shí)施例5實(shí)施例6瀝青 32.00kg PVA乳濁液水45.00(50％固體)35.50kg硫酸鎳20.00水48.00氧化松香樹(shù)脂 1.75 氧化鐵15.00甲基纖維素1.00 氧化松香樹(shù)脂 3.00氫氧化鈉 0.25 甲基纖維素1.00------ 氫氧化鈉 0.30100.00kg 聯(lián)苯酚A 0.20------100.00kg
實(shí)施例7 實(shí)施例8苯酚預(yù)聚物10.00kg 苯乙烯-丙烯的乳濁液水70.00 (50％固體)20.00kg氧化鉻15.00 水60.00氧化松香樹(shù)脂 3.00氧化鐵15.00甲基纖維素1.50氧化松香樹(shù)脂 3.00氫氧化鈉 0.30甲基纖維素1.50聯(lián)苯酚A 0.20氫氧化鈉 0.30----聯(lián)苯酚A 0.20100.00kg ----100.00kg制備實(shí)施例1-5涂層材料的優(yōu)選方法如下所述首先將瀝青預(yù)加熱至140℃，并將水加熱至約60℃，表面活性劑在水中分散，然后將粘度調(diào)節(jié)劑加入溶液中，以避免結(jié)塊，接著將過(guò)渡金屬氧化物加入水相并高速混合至完全分散，然后在水相中加入香料和殺菌劑并溶解，熱瀝青在水相中乳化，待完全乳化后，使混合物冷至室溫，約24小時(shí)后最終乳濁液的粘度約25±5帕斯卡秒，且無(wú)過(guò)渡金屬氧化物的沉淀。
在實(shí)施例6到8的情況中，樹(shù)脂在加入粘度調(diào)節(jié)劑前就預(yù)乳化，或在處理過(guò)渡金屬氧化物前就選擇具有合適粘度的乳濁液。
用常規(guī)方法在集料上涂乳濁液，涂料組合物與集料之比隨所選的集料，乳濁液的固體含量，施用當(dāng)天的濕度等因素而變化，然而合適的涂料固體與集料之比可通過(guò)制備使用各種涂料固體與集料之比的混凝土樣品然后測(cè)試樣品的抗壓強(qiáng)度就很容易獲得。
在涂布過(guò)程中或涂布后即刻，希望在集料涂布時(shí)加入碳酸鈣，碳酸鈣粘合處理過(guò)的集料。
涂有乳濁液的輕質(zhì)集料顆粒干后能自由流動(dòng)且能貯存，不會(huì)聚集結(jié)塊。集料可用于將本發(fā)明的輕質(zhì)集料加入砂/水泥/水中以與加入石子或砂子集料相似的方法混合來(lái)制備低密度混凝土。
能標(biāo)繪出加入本發(fā)明集料的輕質(zhì)混凝土的抗壓強(qiáng)度(Mpa)～密度(kg/Cu.M)的連續(xù)曲線，密度從300kg/m3變化到1800kg/m3，相應(yīng)的抗壓強(qiáng)度從0.5MPa變化到25MPa?；旌狭显O(shè)計(jì)成相應(yīng)于這些包括高水泥含量和低水/水泥比的各種密度和抗壓強(qiáng)度，在各種混合中，水泥含量的變化從200kg/m3到550kg/m3，且水/水泥比為0.4或更小。這些值可與抗壓強(qiáng)度為2--60MPa的標(biāo)準(zhǔn)混凝土相比。本發(fā)明集料能提供在低水/水泥比時(shí)的優(yōu)異的施工性能，達(dá)到很好的緊密性，集料上的涂層有助于通過(guò)減少混凝土中空氣的量而產(chǎn)生固體基塊，且同樣在減少混凝土對(duì)二氧化碳敏感性的同時(shí)增強(qiáng)集料和水泥間的粘合。加入本發(fā)明集料的各種混凝土混合物的密度列于表1中。
本發(fā)明的輕質(zhì)集料可用于其它建筑材料如熟石膏。實(shí)施例9是其中集料為涂有實(shí)施例3配方的聚苯乙烯珠粒的輕質(zhì)熟石膏。接本發(fā)明的數(shù)值表明了產(chǎn)生約1立方米的最終熟石膏混合料，節(jié)約了25％的重量。
實(shí)施例熟石膏/石膏 530kg水 315kg按本發(fā)明的輕質(zhì)集料 3001盡管參照將乳濁液施涂于聚苯乙烯顆粒已描述了本發(fā)明，但要理解的是本發(fā)明的涂層可通過(guò)其它方式如從溶液中來(lái)進(jìn)行施涂，可用任何涂料文獻(xiàn)中已知的方法來(lái)涂集料。
權(quán)利要求
1．一種用于制備輕質(zhì)集料的乳濁液，所述輕質(zhì)集料包括涂覆有粘合劑的聚合物多孔顆粒，其特征在于，所述乳濁液包含水相，乳化劑和含粘合劑的分散相，所述的乳濁液中還分散有占其干重10％-50％的過(guò)渡金屬離子。
2．如權(quán)利要求1所述的乳濁液，其特征在于，所述的過(guò)渡金屬離子是鐵離子。
3．如權(quán)利要求1或2所述的乳濁液，其特征在于，所述的過(guò)渡金屬離子以水相中氧化鐵的懸浮液形式存在。
4．如權(quán)利要求1所述的乳濁液，其特征在于，所述的粘合劑選酚醛樹(shù)脂、紫膠片、環(huán)氧樹(shù)脂、聚乙酸乙烯酯或?yàn)r青粘合劑。
5．如權(quán)利要求4所述的乳濁液，其特征在于，所述的粘合劑是一種軟化點(diǎn)為40℃到45℃的甲苯可溶的瀝青組合物。
6．如權(quán)利要求1所述的乳濁液，其特征在于，所述的乳化劑是陰離子表面活性劑。
7．如權(quán)利要求1所述的乳濁液，其特征在于，所述的乳濁液還含有粘度調(diào)節(jié)劑。
8．如權(quán)利要求1所述的乳濁液，其特征在于，所述的水相占乳濁液的40-60重量％。
9．如權(quán)利要求1所述的乳濁液，其特征在于，所述的乳濁液具有9到10范圍內(nèi)的pH值。
全文摘要
公開(kāi)了一種用于制備輕質(zhì)集料的乳濁液,所述輕質(zhì)集料包括涂覆有粘合劑的聚合物多孔顆粒,其特征在于,所述乳濁液包含水相,乳化劑和含粘合劑的分散相,所述的乳濁液中還分散有占其干重10%—50%的過(guò)渡金屬離子。
文檔編號(hào)C04B20/00GK1220981SQ98119640
公開(kāi)日1999年6月30日 申請(qǐng)日期1998年9月14日 優(yōu)先權(quán)日1991年8月8日
發(fā)明者N·C·斯蒂芬森, G·P·諾頓 申請(qǐng)人:Bst財(cái)產(chǎn)控股有限公司