地聚物 的新应用-----免烧陶(附参考配方)

文摘   2024-12-15 12:43   美国  

它使用地质聚合物来制造各种东西,但最重要的是可以在家用炊具或烤箱中烧制的家用耐火粘土

https://www.youtube.com/watch?v=seeuRIXKwoE

我们最近在研究生物塑料。通常我们将塑料视为一种材料,但实际上,塑性是材料的一种属性。我们所关注的其实是聚合物。聚合物是由重复的单元构成的长链,这些单元称为单体。当我们提到聚合物时,我们自然而然地想到塑料。我们熟悉的塑料如丙烯酸、ABS、聚苯乙烯和聚乙烯等,都是聚合物的例子。

聚合物在我们生活中无处不在,我们把聚合物和塑料联系在一起。然而,聚合物的种类非常多。其中一类聚合物就是我们在研究生物塑料时所探索的。实际上,它们也是聚合物,例如,我们的肌肉由许多氨基酸组成,形成一个叫做多肽的结构。因此,蛋白质也是聚合物。而糖类组合在一起,就形成了纤维素,另一种聚合物。

聚合物的应用非常广泛,淀粉和酪蛋白等也能形成塑料,因为它们本身就是聚合物。我们吃的食物也是聚合物,而我们自身则是由蛋白质和糖组成的,因此我们本质上也是聚合物。聚合物是一个极其有趣和多样化的领域。

聚合物是由重复单元构成的任何物质。除了蛋白质(由氨基酸构成)和纤维素(由糖构成)之外,我们熟知的聚乙烯则是长链的乙烯。还有另一类同样迷人的聚合物,那就是地聚合物,它们非常类似于石头。这些材料的特点是,它们的结构就像石材。

地聚合物之所以受到关注,是因为水泥的存在。水泥在生产过程中会释放大量二氧化碳,因此有必要寻找替代品。最常用的地聚合物是由硅和铝的聚合反应形成的铝硅酸盐。如果你将含铝的物质与含硅的物质反应,就会形成铝硅酸盐聚合物,这正是大多数岩石和粘土的成分。

我非常喜欢的一种材料是偏硅酸钠,溶解在水中后被称为水玻璃。这种材料用途广泛,非常实用。它可以用于结合玻璃,如果你想进行3D打印玻璃,这就是可以使用的材料。它也用于制作防火涂料,很多陶瓷釉料中都含有这种成分。

这是一种碱性物质,因此在处理时要小心,不要直接用手接触。如果长时间接触,手会感觉滑腻,因为它会攻击手中的脂肪。你可以调制不同浓度的溶液,市面上最常见的浓度是40%的偏硅酸钠溶液。

我想向你展示,当我们向这种硅酸钠溶液中加入铝硫酸盐时,会发生什么反应。几乎立即,它会形成细长的针状结构,这就是铝硅酸盐。

如果你大量制作这种物质并让它干燥,就会得到一种轻质的防火砖。这种材料有很多用途,任何含铝的物质都可以形成这种结构。例如,炼钢炉渣、煤燃烧后的飞灰、铝冶炼的红泥等,都含有铝。将这些工业废物与偏硅酸钠混合,就能得到一种非常有用的聚合物,替代水泥。

地聚合物的制备过程也很简单。我曾经在山上挖掘过一些粘土,然后将其转化为普通的粘土。大多数粘土,如膨润土和沸石,本身就是铝硅酸盐,只是松散的颗粒。我们可以将这些粘土与偏硅酸钠混合,但由于会比较松散,我们还需要添加一些填料。我选择了氧化镁作为填料。

氧化镁与偏硅酸钠混合后,会形成镁硅酸盐,这种物质就是滑石粉。将粘土、氧化镁和偏硅酸钠混合,形成的糊状物在常温下不会迅速反应,反应会在两到三年内逐渐发生。但这种缓慢的反应并不是坏事,而是非常有用的,因为如果你将其加热到200摄氏度,它会变得坚硬。

这使得它在没有窑的情况下可以用于制作装饰性陶器、雕塑和花瓶等。你可以在家中尝试制作,甚至可以将这种混合物出售。市面上有很多家庭自制粘土,但我们制作的这种地聚合物粘土可以在普通家用烤箱中烧制。

我认为这是一个绝妙的主意,具有商业潜力。聚合物的种类远不止我们所熟悉的塑料,它们存在于我们的生活中,从厨房用具到我们自己,甚至包括植物和地聚合物。

希望你喜欢这个视频,感谢你的观看。

偏高岭土地聚物的配方参数通常包括以下几个关键成分和比例:


偏高岭土(Kaolin):

主要成分,通常占配方的 30% - 50%。

活化剂:

常用的活化剂是氢氧化钠(NaOH)或氢氧化钾(KOH),其浓度一般在 5% - 10%。

硅源:

通常使用硅酸钠(Na2SiO3)或其他硅源,比例为 10% - 30%,视具体配方而定。

水:

水的比例通常为 20% - 40%,以调整混合物的稠度。

填料(可选):

可以添加如石英砂、膨润土等填料,比例在 10% - 20%。

示例配方

偏高岭土:40%

氢氧化钠:8%

硅酸钠:20%

水:32%

注意事项

混合和反应时间:配制后需要适当的混合和反应时间,以确保均匀性和反应充分。

固化温度:通常需要在 60°C - 100°C 下进行固化,具体温度和时间根据实际应用调整。

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