CN105683119A - 含有铝浮渣的自发泡的地质聚合物组合物 - Google Patents
含有铝浮渣的自发泡的地质聚合物组合物 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种自发泡的地质聚合物组合物，其包含至少一种水硬性粘合剂；至少一种选自潜在水硬性粘合剂、火山灰质粘合剂及其混合物的粘合剂；至少一种碱性激活剂；以及铝浮渣。本发明还涉及该地质聚合物组合物用于生产地质聚合物泡沫和/或发泡的地质聚合物产品的用途。
Description
本发明涉及一种含有铝浮渣的自发泡的地质聚合物组合物。本发明还涉及该地质聚合物组合物用于生产地质聚合物泡沫和/或发泡的地质聚合物产品的用途。
波特兰水泥最初在英国专利BP5022中被提及，自从那时开始它经历了持续的进一步的发展。现今它被认为是最重要的无机粘合剂之一。波特兰水泥具有非常高的CaO含量并且在水中硬化。
蒸压轻质加气混凝土(市售为例如)为一种轻质的预制建筑材料，其同时提供了结构、绝缘以及耐火性和抗霉性。为制造蒸压轻质加气混凝土，将石英砂、碳酸钙、水泥、水和少量的用于发泡的铝粉混合。随后使用过热蒸汽使该混合物硬化。
可将某些来自冶金过程的矿渣以潜在水硬性粘合剂的形式作为外加剂用于波特兰水泥中。还可行的是用强碱如碱金属氢氧化物或水玻璃将其激活。
基于在碱性水介质中固化的、以SiO2和Al2O3为基础的反应性的、不溶于水的化合物的无机粘合剂体系，同样是公知的。这种固化的粘合剂体系还称为“地质聚合物”并记载于例如US4,349,386、WO85/03699和US4,472,199中。
在此上下文中使用的反应性氧化物混合物包括偏高岭土、硅粉、矿渣、粉煤灰、活性粘土、火山灰(pozzolans)或其混合物。用于激活粘合剂的碱介质通常由碱金属碳酸盐、碱金属氟化物、碱金属氢氧化物、碱金属铝酸盐和/或碱金属硅酸盐的水溶液构成，例如可溶性水玻璃。与波特兰水泥相比，地质聚合物可更经济有效且更稳定，且可具有更有利的CO2排放平衡。
人们期望生产轻质的地质聚合物混凝土元件，如上述元件。然而，地质聚合物表现出相对于水泥质体系的明显差异，这些差异使得难以使用铝粉作为发泡剂。这是因为水性水泥质体系呈现出最高达12.5的pH值，而地质聚合物组合物的水性悬浮液呈现出最高达14的pH值。此更高水平的碱度加速了铝粉的发泡反应，使得形成的氢气早在组合物固化开始之前就将损失。
本发明人所解决的问题是基本上避免上述现有技术的至少一些缺点。优选地，本发明要寻找一种用于地质聚合物组合物的足够慢且可控的发泡剂。此外，本发明要提供本发明的自发泡的地质聚合物组合物。此外，本发明人的目的是将废物流材料整合在地质聚合物泡沫生产中。最后，本发明人的目的是以低成本来创造完全不燃烧的(无机的)隔音和绝热材料。
以上指出的问题通过独立权利要求的特征来解决。从属权利要求涉及优选的实施方案。
出人意料地发现，铝浮渣是用于地质聚合物组合物的理想的发泡剂。“铝浮渣”为一种铝加工工业的废品，主要由氧化物(例如Al2O3和SiO2)和氮化物以及0.1至50重量％的分布于氧化物和/或氮化物基质中的金属铝构成。铝浮渣在例如铝冶炼过程中产生且就金属铝的含量而言可变化极大。铝浮渣在垃圾场沉积可成为环境问题，而化学回收极其昂贵。相比之下，铝浮渣因此在本发明的地质聚合物组合物中构成了一种十分廉价的发泡剂。此外，铝浮渣可用作用于本发明的地质聚合物组合物的额外铝源，并从而能够至少部分地替代较昂贵的铝源，例如偏高岭土。
本发明提供一种自发泡的地质聚合物组合物，其包含至少一种水硬性粘合剂；至少一种选自潜在水硬性粘合剂、火山灰质粘合剂及其混合物的粘合剂；至少一种碱性激活剂；以及铝浮渣。
在本说明书全文中使用的术语“自发泡的”意指地质聚合物组合物一旦与水接触就将产生引起该组合物形成发泡的组合物的气相，即氢气气泡。在本说明书中使用的术语“泡沫”为一种通过在液相或固相中俘获气穴或气泡而形成的物质。所述泡沫可具有敞开的(连接的)或封闭的(独立的)气孔结构。
本发明的自发泡的地质聚合物组合物包含至少一种水硬性粘合剂。当必需潜在水硬性粘合剂和/或火山灰质粘合剂与碱性激活剂相结合来形成地质聚合物时，水硬性粘合剂的存在的目的是加速硬化，即早期强度的发展，以使泡沫稳定直到组合物的地质聚合物固化反应开始。单独的水硬性粘合剂不需要碱性激活剂，因为与水接触而硬化。
在本发明的自发泡的地质聚合物组合物中，潜在水硬性粘合剂选自工业矿渣和/或合成矿渣，更特别是选自高炉矿渣、电热磷渣、钢渣及其混合物。
所述矿渣可为工业矿渣，即来自工业过程的废品，以及合成再生的矿渣。后者是有利的，因为工业矿渣的质量和数量并不总是足够可用的。
为本发明的目的，潜在水硬性粘合剂优选为这样的粘合剂：其中(CaO+MgO)∶SiO2的摩尔比介于0.8和2.5之间且更优选地介于1.0和2.0之间。
高炉矿渣，一种典型的潜在水硬性粘合剂，通常含有30重量％至45重量％的CaO、约4重量％至17重量％的MgO、约30重量％至45重量％的SiO2以及约5重量％至15重量％的Al2O3，通常含有约40重量％的CaO、约10重量％的MgO、约35重量％的SiO2以及约12重量％的Al2O3。
高炉矿渣(BFS)为一种高炉冶炼过程的废品。粒状高炉矿渣(GBFS)和磨细的(ground)粒状高炉矿渣(GGBSF)(其为细粉状的高炉矿渣)为在粒化程度和/或研磨程度方面不同的高炉矿渣。根据来源和处理形式，磨细的粒状高炉矿渣的粒径和粒度分布可变化，其中粒径影响反应性。由于粒径的可变的特性，该数值采用称为Blaine值，其数量级通常为200至1000，优选地介于300和500m2kg-1之间。研磨的越细，反应性越高。
电热磷渣是一种来自于通过电热方法生产磷的过程的废品。其比高炉矿渣的反应性低，并含有约45重量％至50重量％的CaO、约0.5重量％至3重量％的MgO、约38％至43重量％的SiO2、约2重量％至5重量％的Al2O3和约0.2重量％至3重量％的Fe2O3，以及氟化物和磷酸盐。
钢渣是一种来自于各种钢制造过程的废品，具有高度变化的组成(参见CaijunShi，PavelV.Krivenko，DellaRoy，Alkali-ActivatedCementsandconcretes，Taylor&Francis，London&NewYork，2006，第42-51页)。
为了本发明的目的，所有不同的品质、粒化和/或研磨程度皆意在包括在术语“高炉矿渣”中。高炉矿渣是极其优选的本发明的潜在水硬性粘合剂。
在本发明的组合物中，火山灰质粘合剂优选选自无定形二氧化硅，优选沉淀二氧化硅、热解二氧化硅和硅粉；毛玻璃；粉煤灰，优选褐煤粉煤灰和矿煤粉煤灰；偏高岭土；天然火山灰(naturalpozzolanas)，例如凝灰岩、粗面凝灰岩和火山灰(volcanicash)；天然的和合成的沸石；及其混合物。
优选热解二氧化硅、硅粉、粉煤灰、偏高岭土及其混合物；最优选偏高岭土。
无定形二氧化硅优选地为X-射线-无定形二氧化硅，即在粉末衍射过程中显示出无结晶的二氧化硅。本发明的无定形二氧化硅有利地具有的SiO2的含量为至少80重量％，优选至少90重量％。沉淀二氧化硅在工业上通过沉淀过程由水玻璃起始而获得。根据制造方法，沉淀二氧化硅还被称为硅胶。热解二氧化硅通过使氯硅烷，如四氯化硅，在氢氧焰中反应而产生。热解二氧化硅为粒径为5至50nm且比表面积为50至600m2g-1的无定形SiO2。
热解二氧化硅(有时也称为“气相法二氧化硅”)在本发明的组合物中不仅用作火山灰质粘合剂，而且其还可用作触变剂。这意味着，其可使泡沫稳定，直到组合物的地质聚合物固化反应开始，从而防止氢气的损失和/或均质地质聚合物泡沫的分离或凝固。
硅粉为硅或硅铁制造的副产品，并同样在很大程度上由无定形的SiO2粉末构成。所述颗粒具有0.1μm的数量级的直径。比表面积的数量级为15至30m2g-1。与此相反，市售的硅砂是结晶的并具有相当大的颗粒和相当低的比表面积。根据本发明，它用作一种惰性骨料。
粉煤灰是在发电站中在包含煤燃烧的操作中形成的。根据WO08/012438，C类粉煤灰(褐煤粉煤灰)含有约10重量％的CaO，而F类粉煤灰(矿煤粉煤灰)含有小于8重量％、优选小于4重量％且通常为约2重量％的CaO。粉煤灰在地质聚合物的配制物中反应得非常缓慢，因而不优选。
偏高岭土是在高岭土的脱氢过程中形成的。高岭土在100至200℃下释放出物理结合水，而脱羟基在500至800℃下发生，其中晶格结构塌陷并形成偏高岭土(Al2Si2O7)。因此，纯的偏高岭土含有约54重量％的SiO2和约46重量％的Al2O3。已发现，偏高岭土在发泡的地质聚合物组合物中示出了最好的结果。因此，偏高岭土是本发明的优选的火山灰质粘合剂。
根据本发明合适的其他火山灰质粘合剂的概述参见例如CaijunShi，PavelV.Krivenko，DellaRoy，Alkali-ActivatedCementsandconcretes，Taylor&Francis，London&NewYork，2006，第51-63页。对火山灰活性的测试可根据DINEN196第5部分进行。
本发明的碱性激活剂适当地选自碱金属碳酸盐、碱金属氟化物、碱金属氢氧化物、碱金属铝酸盐、碱金属硅酸盐及其混合物。其优选地选自碱金属氢氧化物、碱金属硅酸盐及其混合物。碱金属优选地选自Li、Na、K及其混合物。
根据一个极其优选的实施方案，碱金属硅酸盐选自具有经验式mSiO2·nM2O的化合物，其中M为碱金属，优选为Li、Na、K或其混合物，m∶n的摩尔比为≤4.0，优选为≤3.0，更优选为≤2.0，特别是≤1.70，且最优选为≤1.20。
碱金属硅酸盐优选为水玻璃，更优选为水性水玻璃，且更特别是钠水玻璃或钾水玻璃。然而，还可使用锂水玻璃或铵水玻璃，以及所述水玻璃的混合物。
优选应不超出上面指定的比例m∶n(还称为“模数”)，这是因为如果超出的话则可能将不会存在着任何的所述组分的完全反应。还可以采用更低的模数，例如0.2左右。应在使用前将具有较高模数的水玻璃使用合适的水性碱金属氢氧化物调节至本发明的模数范围内。
在有利的模数范围内的钾水玻璃主要以水溶液的形式市售，其高度吸湿；在有利的模数范围内的钠水玻璃还以固体形式市售可得。水玻璃水溶液的固体含量通常为20重量％至60重量％，优选为30重量％至50重量％。
然而，应注意的是，在需要自发泡的地质聚合物组合物的发泡反应之前立即使(碱性)水和铝浮渣接触。这可通过例如仅储存无水固体组分并在需要时加入水，或通过储存粘合剂组分和铝浮渣作为一种组分并在需要时加入第二种组分的水性水玻璃来完成。还可以储存粘合剂、铝浮渣和水性水玻璃作为三种独立的组分并在需要时将全部组分混合。
可通过使硅砂与相应的碱金属碳酸盐熔化来在工业上制备水玻璃。或者其也可毫无困难地由反应性二氧化硅与相应的水性碱金属氢氧化物的混合物来获得。因此，根据本发明，可以用反应性二氧化硅和相应的碱金属氢氧化物的混合物来代替至少一部分的碱金属硅酸盐。
如上所述，铝浮渣是铝加工工业的废品，主要由氧化物(例如Al2O3和SiO2)和氮化物以及0.1至50重量％的分布于氧化物和/或氮化物基质中的金属铝构成。一般而言，所述基质主要含有氧化物。氧化物和/或氮化物的比例为50至99.9重量％。
在本发明的一个优选的实施方案中，铝浮渣包含75至99重量％的氧化物和/或氮化物，和1至25重量％的金属铝，优选85至99重量％的氧化物和/或氮化物，以及1至15重量％的金属铝。所述氧化物优选地包括Al2O3和SiO2。
如上所述，在本发明的组合物中可存在至少一种水硬性粘合剂。水硬性粘合剂优选选自波特兰水泥、高铝水泥、硫铝酸钙水泥、CEMII至V类的波特兰复合水泥及其混合物。
最优选波特兰水泥(CEMI)。它可能是最有名的水硬性粘合剂。现代的波特兰水泥含有约70重量％的CaO+MgO、约20重量％的SiO2和约10重量％的Al2O3+Fe2O3。
所述复合水泥是基于波特兰水泥和各种共-组分，这些水泥的组合物规定于DINEN197-1的表1中，且水泥本身按照水泥类型归类，CEMII：波特兰复合水泥，CEMIII：高炉水泥，CEMIV：火山灰水泥，以及CEMV：复合水泥。所使用的共-组分包括炉渣砂、粉煤灰、火山灰、粗面凝灰岩、硅尘、石灰石等。
为了进一步使泡沫稳定直到本发明的组合物的地质聚合物固化反应开始，组合物可进一步包含表面活性剂。可有利地使用几种类别的表面活性剂，例如阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂，后者为非常优选的。表面活性剂的混合物也是可行的。然而，最优选的是烷基多葡糖苷型的非离子表面活性剂，因为这些表面活性剂在地质聚合物组合物中对于使气泡稳定特别地有利，并且甚至在水玻璃和高碱度水平的存在下，其在泡沫稳定化方面也有效。
烷基多葡糖苷通常具有式H-(C6H10O5)m-O-R1，其中(C6H10O5)代表葡萄糖单元，R1代表C6-22烷基，优选C8-16烷基且特别是C8-12烷基，且m＝1至10，优选1至5。
本发明的组合物，在需要开始发泡反应前不久，必须与水接触。因此，本发明的一个实施方案中本发明的组合物还包含水。结果是，在本发明的组合物与水接触之后，其还将包含一个主要包含氢气的气相。由于使用铝浮渣而非粉末的铝，发泡的开始会有一些延迟，这是因为氧化物基质必须首先被组合物的碱性介质溶解。尽管如此，与水的接触应是制备此组合物的最后一步。
如上所述，铝浮渣中的金属铝的含量变化极大。尽管本发明的组合物能够吸收在铝浮渣中不同程度的氧化物，因为这些氧化物也用作粘合剂，但是金属铝的量更关键。现发现最有利的是，金属铝与碱金属的摩尔比(Al/M)为≤0.3、优选≤0.2且特别是≤0.1。
可在此体系内顺利地应用其他的添加剂：用于泡沫稳定化的添加剂，如气相法二氧化硅、蛋白质；流变改性剂，如淀粉、改性淀粉、带有磺基和/或季铵基团的聚(甲基)丙烯酸酯和聚(甲基)丙烯酰胺及其混合物；用于减少收缩的添加剂，如胺、内酰胺、甜菜碱、烷醇胺、二醇和/或多元醇；用于弹性化的添加剂，如可再分散的聚合物粉末、多异氰酸酯、多异氰酸酯预聚物、环氧树脂、水性环氧树脂制剂、(形成膜的)丙烯酸酯分散体及其混合物；纤维，如岩石纤维(例如玄武岩纤维)、玻璃纤维、碳纤维、任选地改性的有机纤维(PE、PP、PVA、PAN、聚酯、聚酰胺等)、纤维素纤维、木质纤维素纤维、金属纤维(铁、钢等)及其混合物；疏水剂，如甘油三酯、聚硅氧烷、氢硅烷、烷氧基硅烷及其混合物；以及分散剂，如梳状聚合物，例如梳状聚羧酸酯醚、梳状聚芳烃醚、梳状阳离子共聚物及其混合物。也可向此体系中顺利地添加：填料，如石英砂、碳酸钙、磨石粉(groundstonepowder)；轻质填料，如蛭石、珍珠岩、硅藻土、云母、滑石、氧化镁、泡沫玻璃、空心玻璃球、空心铝硅酸盐球；颜料，如二氧化钛；重质填料，如硫酸钡；金属盐，如锌盐、钙盐等。
本发明的一种特别优选的组合物除了其主要组分之外还包含0.1至2.0重量％的用于减少收缩的ε-己内酰胺、1.0至3.0重量％的聚乙烯醇纤维和0.5至3.0重量％的用于弹性化的可再分散的聚合物粉末。
最后，本发明提供本发明的地质聚合物组合物用于生产地质聚合物泡沫和/或发泡的地质聚合物产品的用途。
下文中将借助实施例更详细地解释本发明。
实施例
概述：
铝浮渣型“CAI-AlonB”(CastAluminiumIndustries，Dubai，UAE)的通常组成如下[重量％]：
铝浮渣型“CAI-AlonS”(CastAluminiumIndustries，Dubai，UAE)的通常组成如下[重量％]：
基础制剂为一种双组分体系，其中将液体组分和固体组分混合在一起。因此单独的组分的储存期(shelflife)非常高。百分比以重量百分比给出。下文示出了计算出的少量的用于抗压强度测量的样品的数量。为制备用于Lambda值测量的板样品，下面给出的数量必须乘以系数5.3。
Lambda值以mW/(m＊K)为单位给出。用于根据EN1946-2测量Lambda值的仪器为购自Lambda-MesstechnikGmbH，Dresden，Germany的Lambda-MeterEP500。测试样品的厚度根据EN823进行测量，而热导率根据ISO8320/EN12667在1000Pa的压力下进行测量。
抗压强度在购自FORM+TESTSeidner&Co.GmbH，Riedlingen的“MEGA110-300DM1”仪器上进行测量。值以N/mm2为单位给出。测试速度为1.5N/mm2每秒。
实施例1a：
将以下物质混合：
27.0g钾水玻璃K45M(WoellnerGmbH&CoKG，40.5％的固体，模数为1.0)
15.4g蒸馏水
0.5gCG110(DowChemicals，C8-10烷基多葡糖苷表面活性剂，m＝1-5)
15.4g偏高岭土(1200S，AGSSAClerac)
10.4g矿煤粉煤灰(L-10，EvonikIndustries)
3.8g波特兰水泥(CEMI，SchwenkZementKG，Mergelstetten)
1.9gB8407(EvonikIndustries，硅油基表面活性剂)
1.0g200(EvonikIndustries，热解二氧化硅)
6.0gCAI-AlonB(铝浮渣)
适用期是10分钟。发泡在35分钟之后完成。在固化24小时之后获得稳定的泡沫。在除去水之后(干燥至恒重)，泡沫密度为302g/l。
实施例1b(比较)：
将以下物质混合：
27.0g钾水玻璃K45M(WoellnerGmbH&CoKG，40.5％的固体，模数为1.0)
15.4g蒸馏水
0.5gCG110(DowChemicals，烷基多葡糖苷表面活性剂)
15.4g偏高岭土(1200S，AGSSAClerac)
10.4g矿煤粉煤灰(L-10，EvonikIndustries)
0.0g波特兰水泥
1.9gB8407(EvonikIndustries，硅油基表面活性剂)
1.0g200(EvonikIndustries，热解二氧化硅)
6.0gCAI-AlonB(铝浮渣)
适用期为10分钟。发泡在18分钟之后完成。在这18分钟之后泡沫立即开始塌陷且塌陷在30分钟之后完成。在24小时之后，只产生粉末，没有硬化的泡沫。
实施例2：
将以下物质混合：
27.0g钾水玻璃K45M
15.4g蒸馏水
0.5gCG110(DowChemicals，烷基多葡糖苷表面活性剂)
15.4g偏高岭土(1200S，AGSSAClerac)
10.4g矿煤粉煤灰(L-10，EvonikIndustries)
3.8g波特兰水泥(CEMI，SchwenkZementKG，Mergelstetten)
4.0gKieselgel60，(0.04-0.063mm，230-400目，CarlRothGmbH+Co.KG)
6.0gCAI-AlonB(铝浮渣)
适用期为10分钟。发泡在35分钟之后完成。
实施例3：
将以下物质混合：
27.0g钾水玻璃K45M
15.4g蒸馏水
0.5gCG110(DowChemicals，烷基多葡糖苷表面活性剂)
15.4g偏高岭土(1200S，AGSSAClerac)
10.4g铝硅酸盐空心球(106，OMYAGmbH)
3.8g波特兰水泥(CEMI，SchwenkZementKG，Mergelstetten)
4.0gKieselgel60(0.04-0.063mm，230-400目，CarlRothGmbH+Co.KG)
4.0gCAI-AlonB(铝浮渣)
适用期为15分钟。发泡在35分钟之后完成。
实施例4：
将以下物质混合：
27.0g钾水玻璃K45M
15.4g蒸馏水
0.5gCG110(DowChemicals，烷基多葡糖苷表面活性剂)
15.4g偏高岭土(1200S，AGSSAClerac)
10.4g矿煤粉煤灰(L-10，EvonikIndustries)
3.8g波特兰水泥(CEMI，SchwenkZementKG，Mergelstetten)
1.9gB8407(EvonikIndustries，硅油基表面活性剂)
4.0gKieselgel60(0.04-0.063mm，230-400目，CarlRothGmbH+Co.KG)
6.0gCAI-AlonS(铝浮渣)
适用期为6分钟。发泡在25分钟之后完成。
实施例5：
将以下物质混合：
27.0g钠水玻璃39T(WoellnerGmbH&CoKG，计算为固体)
15.4g蒸馏水
0.5gCG110(DowChemicals，烷基多葡糖苷表面活性剂)
15.4g偏高岭土(1200S，AGSSAClerac)
10.4g矿煤粉煤灰(L-10，EvonikIndustries)
3.8g波特兰水泥(CEMI，SchwenkZementKG，Mergelstetten)
4.0gKieselgel60(0.04-0.063mm；230-400目，CarlRothGmbH+Co.KG)
4.0gCAI-AlonB
适用期为12分钟。发泡在30分钟之后完成。
实施例6：
将以下物质混合：
27.0g钾水玻璃K45M
15.4g蒸馏水
0.5gCG110(DowChemicals，烷基多葡糖苷表面活性剂)
15.4g偏高岭土(1200S，AGSSAClerac)
10.4g矿煤粉煤灰(L-10，EvonikIndustries)
10.4g高炉矿渣(HeidelbergerHüttensandSLAGSH20，HeidelbergCementAG)
3.8g波特兰水泥(CEMI，SchwenkZementKG，Mergelstetten)
4.0gKieselgel60(0.04-0.063mm，230-400目，CarlRothGmbH+Co.KG)
4.0gCAI-AlonB
适用期为5分钟。发泡在20分钟之后完成。
实施例7：
将以下物质混合：
27.0g钾水玻璃K45M
15.4g蒸馏水
0.5gCG110(DowChemicals，烷基多葡糖苷表面活性剂)
15.4g偏高岭土(1200S，AGSSAClerac)
10.4g矿煤粉煤灰(L-10，EvonikIndustries)
3.8g波特兰水泥(CEMI，SchwenkZementKG，Mergelstetten)
4.0g空心玻璃微珠S22(OMYA)
4.0gCAI-AlonB(铝浮渣)
适用期为10分钟。发泡在35分钟之后完成。
实施例8：
将以下物质混合：
27.0g钠水玻璃39T
15.4g蒸馏水
0.5gCG110(DowChemicals，烷基多葡糖苷表面活性剂)
15.4g偏高岭土(1200S，AGSSAClerac)
10.4g矿煤粉煤灰(L-10，EvonikIndustries)
3.8g波特兰水泥(CEMI，SchwenkZementKG，Mergelstetten)
1.0g200(EvonikIndustries，热解二氧化硅)
6.0gCAI-AlonB
适用期为10分钟。发泡在30分钟之后完成。
实施例9(比较)：
将以下物质混合：
27.0g钾水玻璃K45M(WoellnerGmbH&CoKG，40.5％的固体，模数为1.0)
15.4g蒸馏水
0.5gCG110(DowChemicals，烷基多葡糖苷表面活性剂)
15.4g偏高岭土(1200S，AGSSAClerac)
10.4g矿煤粉煤灰(L-10，EvonikIndustries)
3.8g波特兰水泥(CEMI，SchwenkZementKG，Mergelstetten)
1.9gB8407(EvonikIndustries，硅油基表面活性剂)
1.0g200(EvonikIndustries，热解二氧化硅)
720mg铝粉(SigmaAldrich，＜5微米)
5.28gAl2O3粉末(SigmaAldrich，puriss.)
适用期仅有5秒钟。发泡在5分钟之后完成。不可获得稳定的发泡材料。
实施例1a(本发明)和1b(比较)的配制物的比较示出，不存在水硬性粘合剂(此处：波特兰水泥)则不能获得硬化的泡沫。实施例1a和2的配制物的比较表明可通过目标配制物由不同化合物获得一定的发泡性和发泡程度。实施例3的配制物表明可用硅酸盐类的粘合剂/填料替代粉煤灰。实施例4的配制物表明发泡过程的稳健性，即该体系对铝浮渣组成的轻微变化不敏感。实施例5的配制物示出了使用钠水玻璃代替钾水玻璃也是可行的。实施例6的配制物表明可适用的原材料的范围广泛，例如可用高炉矿渣替代粉煤灰。实施例7的配制物示出了通过使用额外的轻质填料组分例如空心玻璃微珠，可使最终材料的热绝缘特性进一步改善(参见下表1)。
比较实施例9表明铝必须以铝浮渣的形式存在。否则不会获得可用的适用期和稳定的发泡材料。
实施例10：
通过下面的方法制备典型的绝热板。首先，将含有铝浮渣、水硬性粘合剂、地质聚合物粘合剂和固体添加剂的固体化合物和含有水玻璃、表面活性剂和液体添加剂的液体化合物混合在一起。然后，将该混合物倾倒入模具中。在一定的时期之后该混合物开始发泡(“适用期”)。在另一个时期(在实施例1-8中给出)之后，发泡完成，最终为湿的无机泡沫。在发泡完成之后，使该板固化。所述固化在封闭的或敞开的模具中、在0℃和100℃之间的干燥的或100％潮湿的空气中进行。根据固化条件，绝热系数和抗压强度(表征面板性能的最重要的参数)可变化。然而，通常，将混合物在发泡后用塑料薄膜覆盖以减少蒸发，然后使混合物在室温下静置24小时，在40℃下静置24小时，将其以10℃/4h的梯级加热至80℃，然后将其从模具移出。为了完全干燥，将其在80℃下进一步储存24小时。
由实施例1-8的配制物来制备已用于lambda-值测量的尺寸为280×285×55mm的板和已用于抗压强度测量的尺寸为30mm的立方体。(在更大批次的板生产中，由于放热反应，温度升高约10℃)。一些配制物和样品的特性在下表1中给出。
表1
| 实施例： | 1a | 2 | 7 | 8 |
| 密度[kg/m3] | 302 | 290 | 229 | 284 |
| Lambda值[mW/(m＊K)] | 60 | 63 | 55 | 61 |
| 抗压强度[kN/mm2] | 0.2 | 0.2 | 0.3 | 0.4 |
Claims (20)
1.一种自发泡的地质聚合物组合物，包含：
至少一种水硬性粘合剂；
至少一种选自潜在水硬性粘合剂、火山灰质粘合剂及其混合物的粘合剂；
至少一种碱性激活剂；以及
铝浮渣。
2.权利要求1的组合物，其中所述潜在水硬性粘合剂选自高炉矿渣、电热磷渣、钢渣及其混合物。
3.权利要求1或2的组合物，其中所述潜在水硬性粘合剂为高炉矿渣。
4.权利要求1至3中任一项的组合物，其中所述火山灰质粘合剂选自无定形二氧化硅，优选沉淀二氧化硅、热解二氧化硅和硅粉；毛玻璃；粉煤灰，优选褐煤粉煤灰和矿煤粉煤灰；偏高岭土；天然火山灰，如凝灰岩、粗面凝灰岩和火山灰；天然的沸石和合成的沸石；及其混合物。
5.权利要求4的组合物，其中所述火山灰质粘合剂选自热解二氧化硅、硅粉、粉煤灰、偏高岭土及其混合物。
6.权利要求5的组合物，其中所述火山灰质粘合剂为偏高岭土。
7.权利要求1至6中任一项的组合物，其中所述碱性激活剂选自碱金属碳酸盐、碱金属氟化物、碱金属氢氧化物、碱金属铝酸盐、碱金属硅酸盐及其混合物。
8.权利要求7的组合物，其中所述碱性激活剂选自碱金属氢氧化物、碱金属硅酸盐及其混合物。
9.权利要求8的组合物，其中所述碱金属硅酸盐选自具有经验式为mSiO2·nM2O的化合物，其中M为碱金属，优选Li、Na、K或其混合物，且m∶n的摩尔比为≤4.0，优选≤3.0，更优选≤2.0，特别是≤1.70，且最优选≤1.20。
10.权利要求1至9中任一项的组合物，其中所述铝浮渣包含50至99.9重量％的氧化物和/或氮化物，以及0.1至50重量％的金属铝。
11.权利要求10的组合物，其中所述铝浮渣包含75至99重量％的氧化物和/或氮化物，和1至25重量％的金属铝，优选85至99重量％的氧化物和/或氮化物，以及1至15重量％金属铝。
12.权利要求11的组合物，其中所述氧化物包括Al2O3和SiO2。
13.权利要求1至12中任一项的组合物，其中所述水硬性粘合剂选自波特兰水泥、高铝水泥、硫铝酸钙水泥、CEMII至V类的波特兰复合水泥及其混合物。
14.权利要求13的组合物，其中所述水硬性粘合剂为波特兰水泥。
15.权利要求1至14中任一项的组合物，其还包含表面活性剂。
16.权利要求15的组合物，其中所述表面活性剂为烷基多葡糖苷。
17.权利要求1至16中任一项的组合物，其还包含水。
18.权利要求17的组合物，其还包含一个包含氢气的气相。
19.权利要求1至18中任一项的组合物，其中金属铝与碱金属的摩尔比(Al/M)为≤0.3，优选≤0.2且特别是≤0.1。
20.前述权利要求中任一项所定义的地质聚合物组合物用于生产地质聚合物泡沫和/或发泡的地质聚合物产品的用途。
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