基本信息
- 项目名称：
- 一种新型环保膨润土——胶泥类建筑密封材料的制备
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 以天然钠基膨润土为主要材料，按一定比例加入凡士林和石蜡，以物理共混为主要方法进行研制，通过一系列的实验进行各项表征的测定，制备出一种膏状密封材料。
- 详细介绍：
- 采用材料物理和化学方法，较为系统地研究了膨润土类复合材料的设计合成、性能测试、结构表征及其影响因素，对其形成机理、吸水机理等进行了探讨，对材料的应用性能进行了初步考察，材料中膨润土占固体总量的50%以上。研究的主要结果包括： 以吉林刘房子天然钠基膨润、黄凡士林和固体石蜡（非水介质）为原料，通过物理共混的方法主要制备了膨润土-胶泥类建筑密封复合材料样品（钠基膨润土质量分数分别为65%）。主要结果如下： 1）制备了一种新型膨润土类遇水膨胀建筑密封复合材料（膏）。其主要由质量分数分别为65%的钠基膨润土与黄凡士林和石蜡（5：1）物理混合制成。最优制备温度为90℃。 2）实验结果表明，在-20℃时，样品低温性能好；并且膨润土质量分数为65%在80℃加热2h不流淌。XRD和SEM表征显示，试样中的膨润土被凡士林较好地包覆，膨润土的层间距基本未发生变化。试样既保留了膨润土吸水膨胀的能力，又具有定型性好等优点。在半限制状态下试样24h体积膨胀率为222%；渗透系数为4.15×10-8cm/s；样品的性能达到建筑密封材料使用标准。 3) 非水介质的成分、种类对材料的性能具有一定的影响。当采取阳离子溶液作为渗透液时，溶液浓度对样品的渗透系数都有影响，表现为渗透系数随着溶液浓度的增大而增大，而且阳离子价高的，渗透系数大。 4) 研究结果表明，该复合材料制备工艺简单，原料廉价易得，具有较好的半限制条件下的耐温抗渗性能，应有良好的应用前景。
作品图片
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 作品撰写目的：1）扩展膨润土的应用领域，如建筑、水利设施、垃圾填埋场等。2）研制出性能优良，成本低的功能性材料。3）通过性能试验和表征结果学等知识，进一步研究复合材料的基本应用性能，为材料应用和制备提供理论基础。 作品撰写基本思路： （1）产品制备研究（2）产品性况与性能测试 （3）原材料及产品表征分析（4）阳离子溶液对样品抗渗性能影响
科学性、先进性及独特之处
- 根据膨润土与其他材料结合程度、结构及性能上的差异，通过物理共混制备了一种新型膨润土类复合材料。 创新点：（1）以天然钠基膨润土为主要原料，研究其在半限制状态下的一些性能数据。突出膨润土投入量优势；（2） 充分利用膨润土吸水膨胀特性及耐老化、防渗效果好等优点；（3） 以凡士林、石蜡等非水介质替代橡胶、沥青，保持了传统材料的弹性和可塑性，简化了工艺，降低了成本，且无毒、环保。
应用价值和现实意义
- （1）充分利用了我省丰富的膨润土资源； （2）所制备的膨润土-胶泥类复合材料原料及产品无毒、环保，性能优良，可应用于不同领域。 （3）该膨润土-胶泥类复合材料的制备方法以物理共混为主，工艺工艺操作简单，降低了产品的成本。
学术论文摘要
- 主要开展了不定型膨润土类建筑密封材料最佳制备工艺的确定及其性能测定，并对其进行表征分析。通过单因素和正交实验对温度、土质量百分含量、凡蜡比进行考察，确定材料制备最佳条件为温度90℃，土质量分数为65%，凡蜡比为5：1。性能测试和表征结果显示，高温淌度和低温柔性说明土质量分数为65%，凡蜡比为5：1为最佳条件。吸水膨胀率与温度成反比，与土含量成正比，而凡蜡比为5：1时吸水膨胀率最高。浸泡66天后渗透系数为4.15×10-8cm/s。X衍射表明膨润土的层间没发生大变化，扫描电镜显示样品整体结构粘结较好。 该种膨润土防水材料具有遇水膨胀，以水止水的特点，性能指标达到建筑密封材料使用要求。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] 王鸿禧. 膨润土[M]. 北京: 地质出版社, 1980. [2] 倪世椿. 膨润土概述[J]. 山西化工. 1985, 16(4): 20-21. [3] 李钟华, 杨文艺, 等. 膨润土洗涤工艺实验研究[J]. 非金属矿. 1993(6): 15-16. [4] 汪多仁. 膨润土的开发应用[J]. 现代涂料与涂装. 2005, 05(04): 44-46. [5] 刘继武, 祝和权, 李海燕, et al. 膨润土系列防水材料及其应用[J]. 中国建筑防水. 2003(05): 9-11. [6] G C A, Des Plaines. Bentonite-gelled oil waterproofing composition[P]. USA[7] Q G X, Y Q K, D F X. Preprints of the 5th Japan-China Symposium on Radical Polymerization[C]. Osaka,Japan: 1988., 1981-07-21.
同类课题研究水平概述
- 1.目前国内外膨润土类建筑密封材料及其产品 国内情况 2001年开始，铁科院金化所与北京博克建筑化学材料有限公司合作生产膨润土防水材料，其中包括膨润土类不定型止水条，分别用膨润土与沥青或是橡胶混炼制成膏状、条状的建筑密封防水材料，用于建筑接缝，混凝土结构预留缝处的防水。同样，衡水恒基建工材料有限公司是集研发、生产、销售为一体的新兴实体企业。其先后与国内外多家科研院所进行广泛合作，主要是依托北京化工研究院研究生产BW-91，96型遇水膨胀止水条，由高分子无机吸水膨胀材料和橡胶混炼而成的，是新型建筑防止水材料。遇水后能吸水膨胀，最大膨胀率200 %～500 %（可调），挤密新老混凝土之间缝隙形成不透水的可塑性胶体。另外，鞍山泰和膨润土有限公司和美国捷高CETCO（苏州）有限公司，都有膨润土类建筑密封材料的产品如膨润土类止水条的生产。 国外情况 同类型膨润土防（止）水建筑密封材料以日本的KuniSeal为代表，其特点为：①表面包裹1层薄膜，一旦遇潮形成胶糊状，便于与混凝土粘结；②它的外形可塑、易变。美国Bumatech公司的Stop-RX也是以膨润土为主体，它虽有可塑性，但其基本尺寸为25 mm ×19 mm。类似的还有美国FOSROC公司的SupercastSW20，比利时Deneef公司的Bentorob。韩国KC公司的Bento-Stop，则是定型类的硬质膨润土止水条，其上下各有1层网格纤维层，一方面利于膨润土凝胶扩散、渗透，一方面又限止膨胀了的材料从面层离散。 2.研究领域中存在的主要问题 传统膨润土类建筑密封材料是由膨润土、橡胶与胶粘剂按一定配方混合，制成膏（条）状防水材料，膨润土含量一般在50 ﹪以上。可供选择的胶粘剂有沥青、石蜡等非水介质和聚合物类材料。这类遇水膨胀型建筑密封材料，存在的最主要问题是加工复杂，基本都是先将橡胶塑炼、合炼，然后在开炼机上把钠基膨润土、增塑剂、增粘树脂、防老剂等填料加入到橡胶中，混炼完毕后，在橡胶挤出机上挤出所需形状的遇水膨胀防水密封材料，工艺流程、设备操作复杂，原辅料种类多、料量计算和投放操作工序繁琐。
