本發(fā)明涉及超疏水材料，尤其涉及一種超疏水硅灰的制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、硅灰來源于鋼鐵、鋁電解、焦化、水泥等工業(yè)領(lǐng)域，特別是在金屬硅和硅合金的冶煉過程中產(chǎn)生，這些過程會產(chǎn)生大量的煙氣，這些煙氣經(jīng)過控制設(shè)備凈化處理后，會得到硅灰固體廢棄物。硅灰雖然屬于固體廢棄物，但是其中含有大量的二氧化硅和鋁等資源，具有回收和再利用的潛力。通過有效的資源化利用，可以減少硅灰固體廢棄物對環(huán)境的影響，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。此外，在水泥基材料領(lǐng)域，水泥是主要的碳排放來源，每生產(chǎn)1噸水泥大約會釋放1噸的二氧化碳。因此，減少水泥的使用量是降低水泥基材料領(lǐng)域碳排放的有效方法。近年來，通常通過引入改性納米添加劑，優(yōu)化主要固廢原料的配合比，以提高混凝土的性能并降低碳排放。但是，由于水泥基材料表面的親水性和多孔性，外部水?dāng)y帶的腐蝕性離子容易滲透到材料內(nèi)部，對水泥基材料造成腐蝕破壞。特別是在寒冷的冬天，當(dāng)水穿透砂漿內(nèi)部的孔隙，反復(fù)在冰和水之間過渡時，孔隙內(nèi)的壓力就會增加，結(jié)構(gòu)就會受到破壞。為了減輕腐蝕性離子對砂漿的損害，必須有效防止?jié)B水?，F(xiàn)有防止?jié)B水的方法主要采用超疏水表面技術(shù)，主要有兩條途徑：一種是在水泥基材料表面制備保護(hù)涂層，另一種是提高水泥基材料的整體疏水性?；诖?，硅灰的細(xì)度和比表面積約為水泥的80～100倍，將其加入水泥基材料后，能有效填充水泥基材料的孔隙，提高水泥的密實(shí)度，進(jìn)而提高水泥基材料的整體疏水性。

2、現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)有將硅灰加入水泥基材料中的相關(guān)研究。例如專利號為cn112939499a的中國發(fā)明專利公開了一種改性硅灰材料的制備方法，將硅灰加入到無水乙醇中，采用硅烷偶聯(lián)劑對硅灰進(jìn)行表面化學(xué)修飾改性，得到改性硅灰材料，再將得到的改性硅灰摻入粉煤灰水泥中，提高了粉煤灰水泥凈漿流動度，但該方法是通過改性硅灰替換水泥中的礦物摻合料來提高水泥基材料疏水性的，不可作為涂層材料。專利號為cn117361921a的中國發(fā)明專利公開了一種改性硅灰及其制備方法、超高性能混凝土，采用三種氨基硅烷改性劑(氨丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷和縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷)對硅灰進(jìn)行改性并研磨，得到改性硅灰，再將改性硅灰摻入高性能混凝土漿料中，提升了超高性能混凝土的工作性能(擴(kuò)展度)和強(qiáng)度，該方法也是通過改性硅灰替換水泥中的礦物摻合料來提高水泥基材料疏水性的，不可作為涂層材料。而且將上述改性硅灰作為礦物摻合料摻入水泥基材料中后，得到的水泥基材料仍然具有較高的吸水率和較低的防腐性能。

3、因此，亟需提供一種既可作為水泥基材料中的摻合料，又可作為涂層材料的超疏水硅灰的制備方法，以解決現(xiàn)有改性硅灰材料不可作為涂層材料且現(xiàn)有改性硅灰作為摻合料使用時，得到的水泥基材料仍然具有較高吸水率和較低防腐性能的問題，同時解決現(xiàn)有制備改性硅灰材料的方法成本高，原料昂貴且不安全的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種超疏水硅灰的制備方法及應(yīng)用，以解決現(xiàn)有改性硅灰材料不可作為涂層材料且現(xiàn)有改性硅灰作為摻合料使用時，得到的水泥基材料仍然具有較高吸水率和較低防腐性能的問題，同時解決現(xiàn)有制備改性硅灰材料的方法成本高，原料昂貴且不安全的問題。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供了一種超疏水硅灰的制備方法，包括如下步驟：

4、1)將硅烷偶聯(lián)劑、非離子表面活性劑、酸性醇類溶劑混合得到溶液a；

5、2)將硅灰與水混合得到分散液b；

6、3)將溶液a和分散液b混合，進(jìn)行反應(yīng)，得到超疏水硅灰；

7、其中，步驟1)和步驟2)沒有先后順序限定。

8、優(yōu)選的，步驟1)中所述硅烷偶聯(lián)劑、非離子表面活性劑和酸性醇類溶劑的體積比為9～12：1.5～2：10～15；所述酸性醇類溶劑的ph值為4～5。

9、優(yōu)選的，步驟1)中所述混合的溫度為40～50℃。

10、優(yōu)選的，步驟1)中所述硅烷偶聯(lián)劑包括正辛基三乙氧基硅烷和/或甲基三甲氧基硅烷；所述非離子表面活性劑包括曲拉通x-100、曲拉通x-165、曲拉通x-305、曲拉通x-405和曲拉通x-705中的一種或幾種；所述酸性醇類溶劑的制備步驟為：將ph值調(diào)節(jié)劑與醇混合，得到酸性醇類溶劑；所述醇包括甲醇、乙醇、丙醇和丁醇中的一種或幾種；所述ph值調(diào)節(jié)劑包括乙酸、甲酸和磷酸中的一種或幾種。

11、優(yōu)選的，步驟2)中所述硅灰與水的質(zhì)量比為3～5：4～6。

12、優(yōu)選的，步驟3)中所述溶液a和分散液b的體積比為21～30：70～110。

13、優(yōu)選的，步驟3)中所述反應(yīng)的溫度為65～85℃，反應(yīng)的時間為0.5～2h。

14、本發(fā)明還提供了一種由上述超疏水硅灰的制備方法制備得到的超疏水硅灰，所述超疏水硅灰的接觸角≥151°。

15、本發(fā)明還提供了一種上述超疏水硅灰作為涂層材料的應(yīng)用。

16、本發(fā)明還提供了一種上述的超疏水硅灰作為水泥基材料中的摻合料的應(yīng)用。

17、經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果如下：

18、本發(fā)明所述超疏水硅灰可作為礦物摻合料替換水泥使用，也可直接噴涂于新拌混凝土表面固化后制得超疏水自清潔無機(jī)涂層，作為涂層材料使用，解決了現(xiàn)有超疏水硅灰不可作為涂層材料使用的問題，并且相較于現(xiàn)有技術(shù)中的改性硅灰材料，本發(fā)明所述超疏水硅灰作為礦物摻合料摻入水泥基材料中時，還可降低水泥基材料的吸水率，提高水泥基材料的防腐性能，使得水泥基材料具有更好的疏水性和防腐性。同時，本發(fā)明所述超疏水硅灰的制備方法成本低，原料便宜、安全且綠色環(huán)保。此外，本發(fā)明所述超疏水硅灰還可以結(jié)合多種商業(yè)膠粘劑使用，有利于增加超疏水表面與基底的結(jié)合力，使得該超疏水硅灰具有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.一種超疏水硅灰的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超疏水硅灰的制備方法，其特征在于，步驟1)中所述硅烷偶聯(lián)劑、非離子表面活性劑和酸性醇類溶劑的體積比為9～12：1.5～2：10～15；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種超疏水硅灰的制備方法，其特征在于，步驟1)中所述混合的溫度為40～50℃。

4.根據(jù)權(quán)利要求1～3任一項(xiàng)所述的一種超疏水硅灰的制備方法，其特征在于，步驟1)中所述硅烷偶聯(lián)劑包括正辛基三乙氧基硅烷和/或甲基三甲氧基硅烷；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種超疏水硅灰的制備方法，其特征在于，步驟2)中所述硅灰與水的質(zhì)量比為3～5：4～6。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種超疏水硅灰的制備方法，其特征在于，步驟3)中所述溶液a和分散液b的體積比為21～30：70～110。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種超疏水硅灰的制備方法，其特征在于，步驟3)中所述反應(yīng)的溫度為65～85℃，反應(yīng)的時間為0.5～2h。

8.權(quán)利要求1～7任一項(xiàng)所述的一種超疏水硅灰的制備方法制備得到的超疏水硅灰，其特征在于，所述超疏水硅灰的接觸角≥151°。

9.權(quán)利要求8所述的超疏水硅灰作為涂層材料的應(yīng)用。

10.權(quán)利要求8所述的超疏水硅灰作為水泥基材料中的摻合料的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于超疏水材料技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明提供了一種超疏水硅灰的制備方法及應(yīng)用。本發(fā)明通過將硅烷偶聯(lián)劑、非離子表面活性劑、酸性醇類溶劑混合得到溶液A；將硅灰與水混合得到分散液B；將溶液A和分散液B混合，進(jìn)行反應(yīng)，得到超疏水硅灰。該方法制備得到的超疏水硅灰既可作為礦物摻合料替換水泥使用，也可直接噴涂于新拌混凝土表面固化后制得超疏水自清潔無機(jī)涂層，作為涂層材料使用，同時，本發(fā)明所述超疏水硅灰制備成本低，原料便宜、安全且綠色環(huán)保。

技術(shù)研發(fā)人員：項(xiàng)騰飛,崔琳晶,喬納森,陳德鵬,王亞玲,王濤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：安徽工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6