具有改進(jìn)的耐濕性的無宏缺陷的水泥制造技術(shù)

水泥組合物可以包括聚乙烯醇、高氧化鋁水泥、水、金屬活性助劑、過氧化物交聯(lián)引發(fā)劑和有機(jī)酸阻燃劑。可以通過制備具有大于或等于約85％的皂化PVAA的皂化聚乙烯醇乙酸酯(PVAA)和水的水凝膠預(yù)聚物共混物，利用高剪切混合方法將所述水凝膠預(yù)聚物共混物與高氧化鋁水泥(HAC)混合，在金屬活性助劑和過氧化物交聯(lián)引發(fā)劑中混合，在有機(jī)酸阻燃劑中混合，并在約5MPa壓力和約90℃下熱壓所述混合物約30分鐘，由所述水泥組合物制得模制制品。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】具有改進(jìn)的耐濕性的無宏缺陷的水泥
本公開一般涉及無宏缺陷(MDF)水泥組合物，并且更具體地涉及具有耐濕性的MDF水泥組合物。
技術(shù)介紹
道路、人行道、橋、建筑物、水管、儲存器以及其它基礎(chǔ)設(shè)施和結(jié)構(gòu)部件通常由水泥混合物例如混凝土制成。混凝土包括水泥等，例如各種骨料和漿料。骨料包括小型材料，例如沙子、礫石或碎石。通常，將骨料保持在一起的漿料是水和波特蘭水泥。波特蘭水泥是最流行類型的水泥的通用術(shù)語。水泥通常占混凝土總質(zhì)量的10％至15％。波特蘭水泥是一種水硬性水泥，這意味著當(dāng)加入水時(shí)，開始化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致水泥硬化和固化，將骨料保持在巖石狀的混凝土中。在使混凝土硬化前，將混凝土混合物倒入模具中，使其硬化成所需的形狀。波特蘭水泥通常由鈣質(zhì)材料(通常為石灰石或其它基于碳酸鈣的材料)和泥質(zhì)材料(通常為含有大量粘土樣組分的硅質(zhì)和鋁質(zhì)礦物質(zhì))的組合制成。將各種化學(xué)物質(zhì)加入混凝土中用作增塑劑、促進(jìn)劑、延遲劑、分散劑和減水劑。稱為外加劑的這些添加劑可用于提高混凝土混合物的可加工性、混凝土的強(qiáng)度、混凝土硬化和達(dá)到全強(qiáng)度所需的時(shí)間以及其它所需的性能。必須仔細(xì)地控制和測量進(jìn)入混凝土的各種原料的比例以獲得具有所需特征的成品。正在開發(fā)高強(qiáng)度水泥基材料(例如無宏缺陷(MDF)水泥)以用于傳統(tǒng)水泥和混凝土技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的許多應(yīng)用。MDF是指不存在相對較大的空隙或缺陷，其因?yàn)閵A帶的空氣、不充分的分散性以及當(dāng)水浸入水泥顆粒和骨料并留下空隙所形成的孔隙率而通常存在于傳統(tǒng)混合水泥漿料中。這種空隙和缺陷限制了傳統(tǒng)波特蘭水泥的強(qiáng)度。MDF水泥是一種聚合物-水泥復(fù)合材料。聚合物和水泥協(xié)同作用產(chǎn)生具有不同特征的獨(dú)特微結(jié)構(gòu)。MDF水泥的水泥復(fù)合材料的基礎(chǔ)聚合物是可溶于水的聚合物，例如聚乙烯醇。高剪切混合和熱壓模制方法通常在生產(chǎn)期間應(yīng)用于混合物。MDF水泥的特征在于非常高的撓曲強(qiáng)度和高彈性模量。也稱為斷裂模量、彎曲強(qiáng)度或斷裂強(qiáng)度的撓曲強(qiáng)度是材料抵抗負(fù)載變形能力的機(jī)械參數(shù)。彈性模量是測量物體或物質(zhì)在施加力時(shí)耐彈性變形性的數(shù)值。MDF水泥的相對高的撓曲強(qiáng)度和高彈性模量被認(rèn)為是消除了在混合期間被夾帶的空氣引起的典型水泥復(fù)合材料中的大部分空隙，以及消除了當(dāng)在水泥水合期間脫水時(shí)所形成的大部分孔和毛細(xì)管的結(jié)果。雖然MDF水泥材料具有良好前景的機(jī)械特性，但是由于耐水性差，尚未成功商業(yè)化。甚至在初始固化反應(yīng)后，水溶性聚乙烯醇基聚合物仍然是親水性的，隨后的吸水將強(qiáng)度和模量降低到其原始值的一半以下。許多研究者已經(jīng)探討了對MDF水泥混合物和涂層或表面處理的化學(xué)改性以使材料的親水性降低。歐洲專利EP0585998B1公開了一種通過模制物品的碳酸化改進(jìn)耐濕性的方法。碳酸化方法需要將物品浸入二氧化碳?xì)怏w鼓泡的水浴中。這種類型的方法可能確實(shí)使物品的表面不易降解，但不會對厚物品提供長期的耐水性。所公開的水泥組合物旨在克服上述問題中的一個(gè)或多個(gè)以及現(xiàn)有技術(shù)的其它問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
在一個(gè)方面中，本公開涉及一種水泥組合物。水泥組合物可以包括聚乙烯醇、高氧化鋁水泥、水、金屬活性助劑和過氧化物交聯(lián)引發(fā)劑。在另一個(gè)方面中，本公開涉及由無宏缺陷(MDF)的水泥質(zhì)組合物制成的模制制品。MDF水泥組合物可以包括聚乙烯醇、高鋁水泥、水、金屬助劑和過氧化物交聯(lián)引發(fā)劑。在又另一個(gè)方面中，本公開涉及一種制造由MDF水泥組合物制成的模制制品的方法。該方法可以包括制備具有大于或等于約85％皂化PVAA的皂化聚乙烯醇乙酸酯(PVAA)與水的水凝膠預(yù)聚物共混物。該方法可以進(jìn)一步包括使用高剪切混合方法將水凝膠預(yù)聚物共混物與高氧化鋁水泥(HAC)混合，在金屬活性助劑和過氧化物交聯(lián)引發(fā)劑中混合，并在有機(jī)酸阻燃劑中混合。該方法仍可以進(jìn)一步包括在約5MPa壓力或更大壓力下在約90℃下將混合物熱壓模制約30分鐘。附圖說明圖1是說明用于根據(jù)本公開的各種實(shí)施例制造由水泥組合物制成的可模制產(chǎn)品的示例性步驟的流程圖；以及圖2是顯示本說明書中描述的示例性組合物的特性與已知技術(shù)之間的比較的圖。具體實(shí)施方式高強(qiáng)度水泥復(fù)合材料(特別是無宏缺陷(MDF)的水泥復(fù)合材料)的基礎(chǔ)聚合物是一種水溶性親水聚合物，例如聚乙烯醇(PVOH)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，與用于MDF水泥的其它類型水泥相比，高氧化鋁水泥(HAC)具有優(yōu)異的強(qiáng)度。在混合期間，高氧化鋁水泥顆粒的表面被磨損，將鈣離子和鋁離子釋放到溶液中以形成Ca(OH)2和Al(OH)3以及各種其它帶電物質(zhì)(例如Ca(OH)3-和Al(OH)4-可以存在)。然后，PVOH聚合物的醇側(cè)基與所生成的離子物質(zhì)化學(xué)結(jié)合并形成高度交聯(lián)的離聚物-這降低了聚合物鏈柔性，并且使剛性復(fù)合物成為可能。但是，MDF水泥中使用的親水聚合物聚乙烯醇(PVOH)可能導(dǎo)致殘留的水分吸收，從而降低了在暴露于水或水蒸汽時(shí)由MDF水泥制成的成品的強(qiáng)度和彈性模量。在MDF水泥固化后，將模制成品持續(xù)暴露于水或水蒸汽可能會使一些離子交聯(lián)發(fā)生位移，從而損害成品的強(qiáng)度和彈性模量。在使用傳統(tǒng)MDF水泥的一些應(yīng)用中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，浸水幾星期后，水泥的起始強(qiáng)度就損失一半以上以及起始彈性模量就損失三分之二。根據(jù)本公開的各種實(shí)施例的MDF水泥組合物是其強(qiáng)度很大程度上依賴于與水合礦物質(zhì)和凝膠相關(guān)的離子和共價(jià)鍵合的材料。與傳統(tǒng)的水泥和混凝土相比，這些MDF水泥的特征在于非常高的撓曲強(qiáng)度(>100MPa)和彈性模量(>30GPa)。高剪切混合會導(dǎo)致少量的缺陷，這些缺陷可能由氣泡或水分蒸發(fā)在更傳統(tǒng)的水泥復(fù)合材料中留下的空隙、孔或毛細(xì)管引起。根據(jù)本公開的各種實(shí)施例的高聚合物含量和低含水量致使得到在混合和固化過程期間性質(zhì)如同彈性體一般的MDF水泥復(fù)合材料。已經(jīng)嘗試了各種添加劑和制造方法以在浸水或暴露于長時(shí)間的高濕度后改善起始強(qiáng)度和彈性模量的保持性。已經(jīng)探索的一些方法包括加入氨基硅烷、加入鈦酸鹽以及用酚醛樹脂取代聚乙烯醇。這些方法都沒有產(chǎn)生可接受的耐水性，對加工和成本的影響最小。本公開的新型MDF水泥配方基于聚乙烯醇聚合物、水和高氧化鋁水泥的混合物。聚乙烯醇(PVOH)通過使聚乙酸乙烯酯(PVAA)皂化而制備。通常用于傳統(tǒng)MDF水泥組合物中的聚乙烯醇是78％-80％的皂化聚乙烯醇乙酸酯(PVAA)。具有低于約85％的皂化度的PVAA等級在本公開中被稱為“較低皂化等級”，并且具有等于或大于85％的皂化度的PVAA等級被稱為“較高皂化等級”。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由較低皂化等級的PVAA制得的PVOH具備強(qiáng)度和加工時(shí)間的良好平衡。然而，從78％-80％的皂化PVAA得到的PVOH存在的問題是這些較低的皂化等級不容易實(shí)現(xiàn)，并且明顯比具有85％或更高皂化PVAA的較高皂化等級更昂貴。較低皂化等級的PVAA具有較高百分比的殘留乙酸酯，并且較高皂化等級的PVAA具有較低百分比的殘余乙酸酯。例如，70％的皂化等級的PVAA具有約30％的殘余乙酸酯，并且90％的皂化等級的PVAA具有約10％的殘余乙酸酯。隨著PVAA的皂化百分比增加，殘留乙酸酯的量降低，MDF水泥混合和模制的可利用時(shí)間顯著地降低。MDF水泥混合物的堿度使殘留的乙酸酯基團(tuán)皂化并原位產(chǎn)生醇基。該化學(xué)步驟減緩了PVOH與離子物質(zhì)的交聯(lián)速率，乙酸酯抗衡離子也減緩了交聯(lián)速率。但是，具有較高皂化度的PVAA等級，例如具有大于或等于85％皂化PV本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種水泥組合物，包含：聚乙烯醇；高氧化鋁水泥；水；金屬活性助劑；以及過氧化物交聯(lián)引發(fā)劑。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】2015.01.30 US 14/6104691.一種水泥組合物，包含：聚乙烯醇；高氧化鋁水泥；水；金屬活性助劑；以及過氧化物交聯(lián)引發(fā)劑。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥組合物，其中所述組合物的成分的比例以重量計(jì)包括：90-110份聚乙烯醇；180-220份水；1800-2200份高氧化鋁水泥(HAC)；50-70份金屬活性助劑；以及10-30份過氧化物交聯(lián)劑±50％。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥組合物，其中所述金屬活性助劑是可以與過氧化物反應(yīng)的金屬結(jié)合的反應(yīng)性單體。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水泥組合物，其中所述金屬活性助劑選自包括以下的組：二丙烯酸鋅(ZDA)、單丙烯酸鋅(ZMA)、二甲基丙烯酸鋅(ZDMA)、二丙烯酸鈣(CDA)、三丙烯酸鋁和二丙烯酸鎂。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥組合物，其中所述過氧化物交聯(lián)引發(fā)劑選自包括以下的組：過氧化二異丙苯(商品名DI-CUP)、a,a'-二(叔丁基過氧基)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：A·K·阿姆斯特茨，
申請(專利權(quán))人：卡特彼勒公司，
類型：發(fā)明
國別省市：美國,US