一种工艺简单的改性粉煤灰的方法
【技术领域】 本发明涉及一种建筑用材料的制备方法，具体地说是一种工艺简单的改性粉煤灰的方 法，是通过聚丙烯酸接枝改性粉煤灰。 二、
【背景技术】
[0001] 粉煤灰是从煤粉燃烧后的烟气中捕集下来的细灰，是燃煤电厂排出的一种工业废 渣。来源比较广泛，成产价格低廉等优点，我国粉煤灰利用工作有着蓬勃的发展，已从被动 的堆放、简单处理发展到建材、建工、市政、交通、农业环保等领域大规模应用，并逐步扩展 到轻工、化工、冶金、煤炭等新的领域。目前，有机-无机复合材料的研宄取得了很大的进 展，并广泛的应用于光学、电学、磁学、生物学等领域，很多无机物材料如Si02、TiO2、碳纳米 管、硅片等均可以用于制备有机-无机复合材料。然而，在有机-无机复合材料中，无机物 质的性能和来源直接影响复合材料的使用。
[0002] 粉煤灰本身不具有水硬性或者水硬性很小，但是在水热条件下容易发挥其活性， 水化生成水硬性的物质，可以形成一定的强度。粉煤灰的活性主要来自活性Si02(玻璃体 SiO2)和活性A1203 (玻璃体Al2O3)在碱性条件下的水化作用。所以粉煤灰中活性SiO2、活 性Al2O3和f-CaO(游离氧化钙）都是粉煤灰的活性成分，而粉煤灰含量主要是SiO 2。粉煤 灰具有减少用水量、节约水泥用量、改善了混凝土拌和物的和易性、减少水化热、热能膨胀 性等优点，但是在抗折性能方面效果不太好。 三、
【发明内容】
[0003] 本发明旨在提供一种工艺简单的改性粉煤灰的方法，通过在粉煤灰的表面接枝上 有机聚合物（实质是对无机粉体进行官能化反应），以减弱或消除直接掺加带来的物理排 斥反应，降低水基复合基材料的脆性，增益其韧性，大大提高水泥复合基材料的抗折强度。 此外，本发明改性粉煤灰含有大量水溶性基团，因而分散性好，能够很好的解决矿物掺合料 的团聚问题。
[0004] 本发明改性粉煤灰，具有较好的亲水性，能够较好的与水性材料相容，反应产物容 易分离，应用范围广泛并工艺简单，可向工业化迈近。
[0005] 本发明改性粉煤灰的方法，首先羟基化处理粉煤灰，再用开环处理后的硅烷偶联 剂接枝改性粉煤灰。
[0006] 本发明改性粉煤灰的方法包括羟基化处理、接枝改性过程：
[0007] 所述羟基化处理是将粉煤灰浸入质量浓度15% -25 %的氢氧化钠溶液中，室温下 搅拌反应22-26小时，减压抽滤，用蒸馏水洗涤至pH值7-10得到碱处理粉煤灰；将所述碱 处理粉煤灰浸入质量浓度5% -15%的硫酸溶液中，搅拌反应2-6小时，减压抽滤，用蒸馏水 洗涤至中性，真空干燥后得到羟基化粉煤灰；本发明通过酸碱处理法，对粉煤灰表面进行羟 基化处理，使3102的Si-O-Si键断裂，然后生成Si-0-Η，通过这个反应完成粉煤灰表面的羟 基化。另外在羟基化处理前可以首先对粉煤灰进行预处理，所述预处理是将粉煤灰加入无 水乙醇中，超声分散20-30min后离心分离，重复超声分散、离心2-3次，随后再加入蒸馏水 中，超声分散l〇_15min后离心分离，重复超声分散、离心2-3次，真空干燥。预处理的目的 是除杂、活化，并且使粉煤灰的颗粒分散均匀。
[0008] 所述接枝改性是取19_20g丙烯酸，加入甲苯做溶剂，加入偶氮二异丁腈作为引发 剂，80°C磁力搅拌2h，然后加入SmL 2-(3,4环氧环己基）乙基三甲氧基硅烷（KH-566)，于 80°C下开环接枝，Ih后加入羟基化粉煤灰，于80°C下反应8h后洗涤干燥，即得改性粉煤灰。 接枝改性过程中羟基化粉煤灰、丙烯酸和偶氮二异丁腈的质量比为80:19-20:1。
[0009] 本发明在粉煤灰表面接枝一种性能优越的大单体，可降低水泥复合机材料的脆 性，增益其韧性，减少水的用量和水泥用量，抗折强度明显提高，完全能够满足高性能水泥 基复合材料对抗折强度的要求。本发明制备方法反应温度低，条件温和，工艺简单，后处理 简单，工业化成本小。
[0010] 与已有的技术相比较本发明有益效果体现在：
[0011] 1、本发明聚合物改性粉煤灰的原料来源广泛，使用成本低，具有经济性的优点。
[0012] 2、本发明制备方法反应温度低，条件温和，工艺及后处理简单，工业化成本小。
[0013] 3、本发明在粉煤灰表面接枝上阳离子表面活性剂，在提高水泥抗折性能方面比较 明显，同时还减少了混凝土的用水量、水泥量等。 四、
【附图说明】
[0014] 图1是以偶联剂KH-566为例，本发明改性粉煤灰的工艺路线图。改性粉煤灰中的 η表示聚丙烯酸的聚合度，η为800-1000。
[0015] 图2是本发明改性粉煤灰红外光谱图。从图2可以看到，在2935CHT1为C-H的伸缩 振动峰。在1727CHT1是C = 0的伸缩振动。在1637cm 4是C = C的伸缩振动。在HllcnT1是-CH2剪刀弯曲振动。在1298CHT1是C-O的伸缩振动。说明AA接枝成功。
[0016] 图3是本发明改性粉煤灰的TG图。图3中曲线a为羟基化粉煤灰，b为改性粉煤 灰。从曲线a可以看出，在温度升高至800°C时，其失重约为4. 5%，该部分是由于脱羟基导 致的热失重；从曲线b可以看出，温度升高至800°C时，热失重差值约为17. 7%，这是由于粉 煤灰表面偶联的硅烷偶联剂和聚丙烯酸高温脱去所致。所以TG数据进一步论证了 FTIR检 测的结果，KH-566与聚丙烯酸成功接枝在在粉煤灰表面。
[0017] 图4是未改性粉煤灰和本发明改性粉煤灰不同掺量的水泥净浆流动度对比图。
[0018] 图5是未改性粉煤灰和本发明改性粉煤灰不同掺量的砂浆流动度对比图。
[0019]图6是未改性粉煤灰和本发明改性粉煤灰不同掺量的7d抗折强度对比图。
[0020] 图7是未改性粉煤灰和本发明改性粉煤灰不同掺量的28d抗折强度对比图。 五、
【具体实施方式】
[0021] 实施例1 :
[0022] 1、将100g粉煤灰加入无水乙醇中，超声分散30min后离心分离，重复超声分散、离 心3次；随后再加入蒸馏水中，超声分散15min后离心分离，重复超声分散、离心3次，真空 干燥后得到预处理粉煤灰。预处理的目的是除杂、活化，并且使粉煤灰的颗粒分散均匀。
[0023] 2、将预处理粉煤灰缓慢倒入质量浓度为20%的氢氧化钠溶液中，同时不断搅拌反 应24h，减压抽滤，用蒸馏水洗涤至pH为8-9得到碱处理粉煤灰；将碱处理粉煤灰倒入质量 浓度10%的硫酸溶液中，不断搅拌反应4h，减压抽滤，用蒸馏水洗涤至中性，真空干燥得到 羟基化粉煤灰。
[0024] 3、将IOg丙烯酸，0.5g偶氮二异丁腈，40ml甲苯加入250ml单口烧瓶中，磁力搅拌 下于80°C下反应4h，再向其中加入4ml KH-566,于80°C下开环反应2h，再向其中加入50g 羟基化粉煤灰，于80°C下反应4h;反应结束后冷却到室温，离心分离，将离心得到的固体重 新溶于甲苯中，然后再一次离心分离，重复三次，除去残余的丙烯酸和偶氮二丁腈，在40°C 下真空干燥24h得到聚丙烯酸改性粉煤灰。
[0025] 实施例2 :
[0026] 1、将粉煤灰加入无水乙醇中，超声分散30min后离心分离，重复超声分散、离心3 次，随后再加入蒸馏水中，超声分散15min后离心分离，重复超声分散、离心3次，真空干燥 后得到预处理粉煤灰。预处理的目的是除杂、活化，并且使粉煤灰的颗粒分散均匀。
[0027] 2、将预处理粉煤灰缓慢倒入质量浓度为20%的氢氧化钠溶液中，同时不断搅拌反 应24h，减压抽滤，用蒸馏水洗涤至pH为8-9得到碱处理粉煤灰；将碱处理粉煤灰倒入质量 浓度10%的硫酸溶液中，不断搅拌反应4h，减压抽滤，用蒸馏水洗涤至中性，真空干燥得到 羟基化粉煤灰。
[0028] 3、将19g丙烯酸，Ig偶氮二异丁腈，80ml甲苯加入500ml单口烧瓶中，磁力