水泥緩釋納米粒子製備高性能水凝膠
孫國星、梁瑞、李宗津
澳門大學
本項目首創將普通水泥加入到0度冷水中,使其表面緩釋出大量均勻分散的,直徑小於5納米的氫氧化鈣顆粒。該方法是迄今為止最廉價的,規模化生產納米顆粒的方法。所生產的納米顆粒,僅需0.02wt%的極低添加量,即可顯著提升普通水凝膠材料的機械強度及吸水膨脹等性能。一、可將水凝膠材料的拉伸強度從20KPa提升到630KPa,拉伸倍數從10倍(不可回復原狀)提升到121倍(可回復原狀);甚至可在承受100MPa的壓力後,瞬間回復原狀。這種彈性材料的成本僅為矽膠材料的60%,將應用於廣東兩家公司的仿真機器人肌膚。二、可製備出超吸水凝膠材料,可在純水中吸水膨脹至自身重量的13671倍。在含水40%的土壤中僅添加0.012wt%該吸水材料,即可在長達六個月時間內保持土壤水分不泌出流失,且不會造成土壤板結,還可作為混凝土內養護劑,顯著減少大型建築中的混凝土材料抗裂。與市售內養護劑相比,該吸水材料在水泥漿液中的膨脹倍數提升4-5倍,據此所製備的混凝土收縮值下降程度(即防開裂指標)提升為4倍,而強度損失僅為市售產品的50%。該產品已規模化應用於大型混凝土構件的製備及珠澳橫琴口岸工程的現場澆築。
圖1 一粒普通水泥在0度冷水中釋放出大量均勻分散的三維尺寸均小於5nm的氫氧化鈣納米粒子,這是迄今為止最廉價的量產納米材料的方法。
圖2 僅添加0.02 wt%水泥釋放的氫氧化鈣納米粒子,即可使聚丙烯醯胺水凝膠在承受100MPa高壓後瞬間復原(左圖),可應用於高彈性仿真肌膚。還可將聚丙烯酸鹽類吸水樹脂的吸水膨脹倍數提升到13671倍(右圖),已應用於土壤保水及大型混凝土建築養護。