TWI402241B - 防水無機聚合物及其製法 - Google Patents

Description

防水無機聚合物及其製法

本發明係關於一種無機聚合物及其製法，且特別是有關於一種防水無機聚合物及其製法。

無機聚合物(geopolymer)為一種非晶質(amorphous)或半晶質(semi－crystalline)材料，具有優良之物理及化學性質，例如良好的防火性質、抗化學性質、成型時間短、低溫製備、低CO₂ 排放等。無機聚合物可應用於建築材料以及結構工程，極具發展潛力，有機會取代水泥混凝土而成為建築材料及結構工程之原料。

然而，無機聚合物為多孔性材料，易受到物理作用而產生縮放。空氣中之濕氣或鹽分可能會入侵無機聚合物，造成無機聚合物之白華現象。再者，入侵之濕氣亦會造成內部建材，如鋼筋等產生材質劣化及腐蝕等問題。

因此，具有防水性的無機聚合物可協助業界在建築材料上，亟需具有防水性質的無機聚合物及其製法。

本發明提供一種防水無機聚合物的形成方法，包括提供鹼性矽酸質改質溶液，以及將鋁矽酸鹽礦物加至鹼性矽酸質改質溶液中，以形成防水無機聚合物，其中鋁矽酸鹽礦物與鹼性矽 酸質改質溶液之重量比值為約0.5~1.5之間。

本發明實施例之防水無機聚合物，包括無機聚合物，其包括鋁矽酸鹽礦物，且無機聚合物之內部包括複數個第一孔隙，且無機聚合物之表面包括複數個第二孔隙，以及矽酸質防水材料，大抵填滿第一孔隙及第二孔隙。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

本發明實施例將鹼性矽酸質改質溶液導入無機聚合物之前驅物中，以進行無機聚合物的聚合反應。透過導入鹼性矽酸質改質溶液，可使所形成之無機聚合物具有較低之孔隙率，而增進無機聚合物的防水性質。

本發明實施例之防水無機聚合物的形成方法包括將鋁矽酸鹽礦物加至鹼性矽酸質改質溶液中而形成。適合本發明之鋁矽酸鹽礦物包括任何可於鹼性溶液中溶出矽離子或鋁離子之礦物、固體、或廢棄物。於鹼性溶液中所溶出之包含矽離子及/或鋁離子之膠體顆粒之間，可產生架橋作用。經脫水乾燥後，可形成具強度之無機聚合物。適合本發明之鋁矽酸鹽礦物例如有高嶺土、變高嶺土、膨潤土、燃煤灰渣、煉鋼爐渣、骨材、砂、或前述之組合。其中，變高嶺土可經由焙燒高嶺土而獲得，焙燒溫度介於約650 ℃~800℃之間，較佳為約700℃。變高嶺土表面之矽及鋁在鹼性環境下，將更容易析出以提供無機聚合物聚合所需之膠體。

本發明實施例添加的鹼性溶液可將鋁矽酸鹽礦物中之矽離子及鋁離子溶出，且矽酸質改質劑與之共聚合而形成防水無機聚合物。在一實施例中，鋁矽酸鹽礦物與鹼性矽酸質改質溶液之重量比值為約1.0~2.0之間。在另一實施例中，鋁矽酸鹽礦物與鹼性矽酸質改質溶液之重量比值為約0.8~1.5之間。在又一實施例中，鋁矽酸鹽礦物與鹼性矽酸質改質溶液之重量比值為約1.2~1.8之間。本發明實施例之鹼性矽酸質改質溶液包括將矽酸質改質劑加入鹼性溶液中而得。

適合本發明之矽酸質改質劑包括有機矽改質劑，例如甲基矽醇鹽、矽樹脂、矽烷、有機矽乳液、或前述之組合。在一實施例中，矽酸質改質劑與鋁矽酸鹽礦物之重量比值為約0.02~0.2之間。在另一實施例中，矽酸質改質劑與鋁矽酸鹽礦物之重量比值為約0.04~0.1之間。在又一實施例中，矽酸質改質劑與鋁矽酸鹽礦物之重量比值為約0.05~0.08之間。

適合本發明之鹼性溶液包括氫氧化鈉、氫氧化鉀等水溶液、或前述之組合。在一實施例中，鹼性溶液之氫氧化鈉或氫氧化鉀的濃度介於約0.1N~10N之間。在另一實施例中，鹼性溶液之氫氧化鈉或氫氧化鉀的濃度介於約0.5N~5N之間。在又一實施例中，鹼性溶液之氫氧化鈉或 氫氧化鉀的濃度介於約1N~3N之間。

在一實施例中，更包括添加矽酸鹽於鹼性矽酸質改質劑中。矽酸鹽可提供足夠的離子以促進膠體之間的膠結。適合的矽酸鹽包括矽酸鈉、矽酸鉀、或前述之組合。在一實施例中，矽酸鹽與鹼性溶液之SiO₂ /M₂ O模數比值為0.75~1.0，其中M為鈉或鉀。在另一實施例中，SiO₂ /M₂ O模數比值為1.0~1.25。在又一實施例中，矽酸鹽與鹼性溶液之SiO₂ /M₂ O模數比值為1.25~1.5。其中，SiO₂ /M₂ O模數中之M₂ O若以Na₂ O為例，係指矽酸鈉溶液中矽的莫耳濃度/矽酸鈉溶液中氧化鈉及鹼性溶液中鈉的莫耳濃度(即矽的莫耳濃度：矽酸鈉溶液中鈉所佔莫耳濃度＋鹼性溶液中鈉的莫耳濃度)之比值。

在一實施例中，進一步將鋁矽酸鹽礦物及鹼性矽酸質改質溶液之混合液加入模具中，並且例如於約10℃~40℃之間靜置養護成型。此外，亦可對鋁矽酸鹽礦物及鹼性矽酸質改質溶液之混合液進行震盪除氣，例如可使用機械震盪器。經震盪除氣後，可維持膠體之均勻性及結構完整性。

本發明實施例之防水無機聚合物包括鋁矽酸鹽礦物，且具有複數個第一孔隙於防水無機聚合物中，以及具有複數個第二孔隙於防水無機聚合物之表面。其中，第一孔隙及第二孔隙大抵被矽質防水材料填滿。矽質防水材料由鋁矽酸鹽礦物與鹼性矽酸質改質溶液反應而得。本發明實施例之防水無機聚合物由於係經由鋁矽酸鹽礦物與鹼性矽酸質改質溶液共聚合而成，矽酸質防水材料可大抵填滿無機聚合物中之孔隙，可有效避免水氣進入無機聚合物。在一 實施例中，防水無機聚合物浸泡於水中24小時之吸水量與一般無機聚合物浸泡於水中24小時之吸水量的重量比值小於0.1。在一實施例中，防水無機聚合物與水滴之間的接觸角大於約75°，具有高疏水性。在一實施例中，防水無機聚合物之強度大於約550kgf/cm² 。在一實施例中，防水無機聚合物之強度為不包括矽質防水材料之無機聚合物的約120%。

以下，因不同的實施例其流程大致相同，配比的改變為主要參數，故列舉測試結果較佳之實施例以進一步說明本發明之實施方式故。本發明實施例之防水無機聚合物的形成方法流程圖例如第1圖所示。

【實施例】 實施例1

將高嶺土(kaolinite)置於700℃的高溫爐中焙燒。持溫3小時以使高嶺土脫羥而轉變成非晶質之變高嶺土。變高嶺土將作為鋁矽酸鹽礦物之來源。

接著，製備鹼性矽酸質改質溶液。將856ml，4N之NaOH溶液及6052克之矽酸鈉均勻調合成SiO₂ /M₂ O比為1.25的聚合前驅物，取出前驅物720克再加入80克之矽酸質改質劑均勻混合以形成鹼性矽酸質改質溶液。

接著，將800克的變高嶺土加入800克之鹼性矽酸質改質溶液，並機械攪拌15分鐘。攪拌後將混合液注入模具中，並震盪10分鐘。最後，封模並於常溫下養護。膠體硬化成形後脫模，並進行CNS3763(類號A2047)測試與疏水 性測試。其中，疏水性之測試是以水滴滴於無機聚合物之表面，並量測水滴與無機聚合物表面之間的接觸角。測試結果以表一整理如下：

實驗結果顯示本發明實施例之防水無機聚合物可通過CNS3763(類號A2047)測試，且其強度還較一般無機聚合物高。本發明實施例之防水無機聚合物與水滴之接觸角高達79°，顯示其具有優良的疏水性。

以下，列舉本發明其他實施例的製備過程及其測試結果。

實施例2

將高嶺土(kaolinite)置於700℃的高溫爐中焙燒。持溫 3小時以使高嶺土脫羥而轉變成非晶質之變高嶺土。變高嶺土將作為鋁矽酸鹽礦物之來源。

接著調整不同比例之矽酸質改質劑製備鹼性矽酸質改質溶液。將856ml,4N之NaOH溶液、6052克之矽酸鈉、及20克之矽酸質改質劑均勻混合以形成鹼性矽酸質改質溶液。

接著，將800克的變高嶺土加入約800克之鹼性矽酸質改質溶液，並機械攪拌15分鐘。攪拌後將混合液注入模具中，並震盪10分鐘。最後，封模並於常溫下養護。膠體硬化成形後脫模，並進行CNS3763(類號A2047)測試與疏水性測試。測試結果以表二整理如下：

實施例3

將高嶺土(kaolinite)置於700℃的高溫爐中焙燒。持溫 3小時以使高嶺土脫羥而轉變成非晶質之變高嶺土。變高嶺土將作為鋁矽酸鹽礦物之來源。

調整不同濃度之NaOH溶液。將856ml,2N之NaOH溶液、6052克之矽酸鈉、及80克之矽酸質改質劑均勻混合以形成鹼性矽酸質改質溶液。

接著，將800克的變高嶺土加入約800克之鹼性矽酸質改質溶液，並機械攪拌15分鐘。攪拌後將混合液注入模具中，並震盪10分鐘。最後，封模並於常溫下養護。膠體硬化成形後脫模，並進行CNS3763(類號A2047)測試與疏水性測試。測試結果以表三整理如下：

雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非 用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

第1圖顯示本發明一實施例之防水無機聚合物的形成方法流程圖。

Claims (16)

1. 一種防水無機聚合物的形成方法，包括：提供一鹼性矽酸質改質溶液，其中該鹼性矽酸質改質溶液包括將一矽酸質改質劑加入一鹼性溶液中而得，該矽酸質改質劑包括有機矽改質劑，該有機矽改質劑包括甲基矽醇鹽、矽樹脂、矽烷、有機矽乳液、或前述之組合，而該鹼性溶液包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、或前述之組合；以及將一鋁矽酸鹽礦物加至該鹼性矽酸質改質溶液中，以形成一防水無機聚合物，其中該鋁矽酸鹽礦物與該鹼性矽酸質改質溶液之重量比值為約0.5~1.5之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之防水無機聚合物的形成方法，其中該鋁矽酸鹽礦物包括高嶺土、變高嶺土、膨潤土、燃煤灰渣、煉鋼爐渣、骨材、砂、或前述之組合。
3. 如申請專利範圍第1項所述之防水無機聚合物的形成方法，其中該矽酸質改質劑與該鋁矽酸鹽礦物之重量比值為約0.02~0.2之間。
4. 如申請專利範圍第1項所述之防水無機聚合物的形成方法，更包括添加一矽酸鹽於該鹼性矽酸質改質溶液中。
5. 如申請專利範圍第4項所述之防水無機聚合物的形成方法，其中該矽酸鹽包括矽酸鈉、矽酸鉀、或前述之組合。
6. 如申請專利範圍第4項所述之防水無機聚合物的形成方法，其中該矽酸鹽與該鹼性溶液之SiO₂ /M₂ O模數比值為約0.75~1.5之間，其中M為鈉或鉀。
7. 如申請專利範圍第1項所述之防水無機聚合物的形成 方法，更包括：將該鋁矽酸鹽礦物與該鹼性矽酸質改質溶液之混合液加入一模具；以及將該鋁矽酸鹽礦物與該鹼性矽酸質改質溶液之混合液維持於一溫度下。
8. 如申請專利範圍第7項所述之防水無機聚合物的形成方法，其中該溫度為約10~40℃之間。
9. 如申請專利範圍第7項所述之防水無機聚合物的形成方法，更包括對該鋁矽酸鹽礦物與該鹼性矽酸質改質溶液之混合液進行震盪除氣。
10. 一種防水無機聚合物，包括：一無機聚合物，包括一鋁矽酸鹽礦物，且該無機聚合物之內部包括複數個第一孔隙，且該無機聚合物之表面包括複數個第二孔隙；以及一矽質防水材料，大抵填滿該些第一孔隙及該些第二孔隙，其中該矽質防水材料由該鋁矽酸鹽礦物與一鹼性矽酸質改質溶液反應而得，該鹼性矽酸質改質溶液包括一矽酸質改質劑及一鹼性溶液，該矽酸質改質劑包括有機矽改質劑，該有機矽改質劑包括甲基矽醇鹽、矽樹脂、矽烷、有機矽乳液、或前述之組合，而該鹼性溶液包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、或前述之組合。
11. 如申請專利範圍第10項所述之防水無機聚合物，其中該鋁矽酸鹽礦物包括高嶺土、變高嶺土、膨潤土、燃煤灰渣、煉鋼爐渣、骨材、砂、或前述之組合。
12. 如申請專利範圍第10項所述之防水無機聚合物，其中該鹼性矽酸質改質溶液更包括一矽酸鹽。
13. 如申請專利範圍第12項所述之防水無機聚合物，其中該矽酸鹽包括矽酸鈉、矽酸鉀、或前述之組合。
14. 如申請專利範圍第10項所述之防水無機聚合物，其中該防水無機聚合物浸泡於水中之吸水量與一不包括該矽質防水材料的無機聚合物浸泡於水中之吸水量的重量比值小於約0.1，其中該不包括該矽質防水材料的無機聚合物包括一鋁矽酸鹽礦物。
15. 如申請專利範圍第10項所述之防水無機聚合物，其中該防水無機聚合物與水滴之間的接觸角大約為75°。
16. 如申請專利範圍第10項所述之防水無機聚合物，其中該防水無機聚合物之強度為一不包括該矽酸質防水材料之無機聚合物的約120%，其中該不包括該矽質防水材料的無機聚合物包括一鋁矽酸鹽礦物。