本發明涉及建筑材料和環保材料，具體為一種磷石膏復合納米膠粘材料的制備方法。

背景技術：

1、隨著環保和可持續發展的需求日益增加，磷石膏作為一種工業廢棄物，逐漸被應用到建筑和環保領域，尤其是在制備復合材料時。磷石膏復合材料具有良好的輕質、隔熱、隔音等特性，廣泛用于建筑修補和環保材料的制造。

2、現有技術中，磷石膏復合材料的制備多依賴傳統的機械攪拌法和簡單的熱壓成型技術。利用這些方法能夠有效地生產磷石膏復合材料，并改善其力學性能、耐磨性等。納米材料的引入為增強材料的性能提供了新的思路，特別是在提高強度、韌性以及抗腐蝕性方面具有顯著效果。

3、但現有技術中還存在一些不足，特別是在納米材料的分散性、復合材料的均勻性以及耐熱性能方面，問題尤為突出；首先，現有技術通常采用簡單的攪拌方法來分散納米顆粒，這使得納米顆粒在復合材料中常常出現聚集現象，影響力學性能的提升；其次，傳統的表面改性方法雖然在一定程度上提高了納米顆粒與基體的結合性，但改性效果通常有限，難以確保顆粒在極端條件下的穩定性；此外，現有固化方法在保證材料穩定性方面也存在明顯不足，靜態加熱固化過程中容易導致固化不均，產生氣泡或裂紋，從而影響復合材料的整體強度和耐用性。

技術實現思路

1、針對現有技術的不足，本發明提供了一種磷石膏復合納米膠粘材料的制備方法，解決了現有磷石膏復合材料在納米顆粒分散性、界面結合力和固化均勻性方面的問題。

2、為實現以上目的，本發明通過以下技術方案予以實現：一種磷石膏復合納米膠粘材料，所述磷石膏復合納米膠粘材料包括以下重量份數的組分：

3、磷石膏粉末：70～90份，磷石膏的主要成分為caso4·2h2o，其中水分的存在使得磷石膏在與膠粘劑結合時，能夠提供更好的水化反應界面。經過粉碎和篩分的處理后，磷石膏的比表面積增大，從而提高其與納米材料和膠粘劑的接觸面積，增強復合材料的粘接性；

4、納米材料：5～15份，所述納米材料為納米二氧化硅、納米氮化硅或其組合，納米材料的微小尺寸使其具有較高的比表面積，這有助于它們在復合材料中均勻分散，并加強與基體之間的結合力，其中，納米二氧化硅具有較高的表面能，能夠與磷石膏形成強的界面作用，從而提高復合材料的抗壓、抗拉和抗彎強度，而納米氮化硅則能提供更強的耐熱性和抗氧化性，提高復合材料在高溫環境下的穩定性；

5、改性膠粘劑：5～10份，改性膠粘劑的作用機制是通過其分子結構中的活性基團與磷石膏表面的羥基或表面水分子發生化學反應，形成強的化學鍵或交聯結構；

6、表面活性劑：0.5～3份，所述表面活性劑為硅烷化劑、氨基化劑或其組合，表面活性劑通過其極性和非極性部分與納米顆粒表面形成吸附層，減少納米顆粒之間的相互吸引力（如范德華力），從而有效防止顆粒間的團聚；

7、分散劑：0.5～2份，分散劑的主要作用是通過改變納米顆粒表面的電荷或極性，使顆粒之間的相互作用力得到調節。分散劑通過在顆粒表面吸附，形成穩定的電荷層或疏水性層，能夠有效減少顆粒間的吸引力，防止顆粒團聚。

8、優選的，所述改性劑為硅烷化劑，其反應條件為：

9、硅烷化劑的濃度為2%～5%，硅烷分子具有兩個重要部分：一個是可以與表面發生反應的硅烷基團，另一個是可與其他分子形成化學鍵的官能團。在2%～5%的濃度范圍內，硅烷分子能夠有效吸附在納米顆粒表面，確保修飾層的均勻性和穩定性；

10、反應溫度為25℃～60℃，此溫度范圍是最適宜的條件，溫度過低會導致反應速度緩慢，不能有效地進行表面改性；而溫度過高則會使硅烷化劑降解或揮發，導致反應不完全，進而影響最終的表面修飾效果；

11、反應時間為1～3小時，反應時間過短會導致硅烷基團未能完全接觸并附著到顆粒表面，造成修飾不充分；反之，過長的反應時間會導致過度反應或副產物生成，因此，此反應時間有助于硅烷化劑與表面發生最佳反應，確保修飾層均勻且穩定；

12、溶劑為乙醇或水，乙醇作為較弱極性的溶劑，有助于硅烷分子的溶解并促進硅烷化劑的反應；水則能夠與硅烷化劑中的水解基團發生反應，形成可以與納米顆粒表面反應的羥基基團。

13、本發明還提供一種磷石膏復合納米膠粘材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

14、s1、對納米材料進行表面改性；

15、s2、對磷石膏粉末進行預處理；

16、s3、將表面改性后的納米材料與磷石膏粉末、膠粘劑及其他添加劑混合；

17、s4、將混合物進行成型處理；

18、s5、對成型后的復合材料進行固化處理。

19、優選的，所述納米材料的表面改性包括：

20、使用改性劑對納米材料進行修飾，所述改性劑為硅烷化劑，硅烷化反應是通過硅烷基團（如3-氨基丙基三乙氧基硅烷）與納米顆粒表面的親水性官能團（如羥基）反應，形成共價鍵，通過這種方式，硅烷化劑將活性基團引入納米顆粒表面，從而增強顆粒與基體材料之間的界面結合力，提升復合材料的力學性能和粘接強度；

21、將納米材料與改性劑溶解在適量的溶劑中，進行超聲波處理，確保改性劑均勻地附著在納米材料表面，其中，超聲波分散時間：15分鐘～30分鐘，超聲波功率：50w～200w，此時間和功率不僅可以促進硅烷化劑與納米顆粒表面官能團的反應，還能將顆粒分散開來，防止顆粒之間的團聚，超聲波產生的剪切力有助于克服納米顆粒間的范德華力和靜電作用，使顆粒均勻分散在溶液中，確保改性劑能夠均勻地附著到每個納米顆粒表面；

22、在30℃～80℃溫度范圍內對表面改性后的納米材料進行干燥處理，以除去多余的溶劑和未反應的化學物質，過高的干燥溫度會導致改性劑的分解或反應不完全，從而影響修飾效果；而溫度過低則會使溶劑難以完全去除，導致納米顆粒表面殘留溶劑或化學物質，進而影響后續的材料性能，因此，此溫度范圍能夠確保納米顆粒表面修飾層的穩定性和均勻性。

23、優選的，所述磷石膏粉末的預處理包括：

24、將磷石膏粉末進行烘干處理，確保其水分含量低于1%，磷石膏的主要成分為caso4·2h2o，其中的結晶水和自由水在復合材料中會影響膠粘劑的固化和磷石膏的相容性，烘干處理通過加熱蒸發水分，減少水分對反應的抑制作用，提高磷石膏表面的活性，促進其與其他材料（如膠粘劑、納米材料）的結合。在水分含量低于1%的條件下，磷石膏能夠更有效地與膠粘劑反應形成牢固的連接，從而提高復合材料的粘接強度和力學性能；

25、將烘干后的磷石膏粉末進行粉碎，粉碎～200目以下，以增加其表面積，粉碎過程的主要作用是增加顆粒的比表面積和反應活性。磷石膏粉末的表面積越大，與膠粘劑和納米材料的接觸面積越大，進而提高界面相容性。更細小的顆粒有利于增加復合材料的致密度，改善材料的力學性能；

26、對粉碎后的磷石膏粉末進行篩分，去除其中的較大顆粒，以保證均勻性，通過篩分，顆粒尺寸得到了均勻化，確保了復合材料在成型和固化過程中，各組分能夠均勻地分布，從而提高最終材料的綜合性能。同時，均勻的顆粒尺寸能夠避免由于顆粒過大造成的力學缺陷，如應力集中等問題，提高材料的結構完整性和耐用性。

27、優選的，所述混合物的混合處理包括：

28、將表面改性后的納米材料與磷石膏粉末按比例混合，納米材料表面經過改性后，能夠更好地與磷石膏顆粒結合，主要是由于納米材料表面的功能團與磷石膏表面的官能團（如羥基）發生化學作用，通過這種混合，納米顆粒被均勻地分布在磷石膏基體中，從而實現增強材料整體力學性能的目標；

29、向混合物中加入改性膠粘劑及表面活性劑，表面活性劑的親水基團與納米顆粒表面的親水基團相互作用，使顆粒表面穩定，防止團聚現象，提高復合材料的均勻性和穩定性；

30、加入分散劑，以增強納米材料在混合物中的分散性，分散劑通過吸附在納米顆粒表面，降低顆粒間的吸引力（如靜電力、范德華力），從而防止顆粒的團聚；

31、通過超聲波分散的方式對混合物進行攪拌，使其均勻分散，確保納米顆粒的均勻分布，在超聲波的作用下，溶液中的氣泡會不斷膨脹和爆裂，從而有效防止顆粒之間的團聚，此外，超聲波的空化效應能夠使溶液中的微小氣泡快速消失，進一步促進顆粒在基體中的均勻分散。這一過程可以在短時間內大幅提升納米顆粒的分散性，確保復合材料的均勻性和穩定性。

32、優選的，所述成型處理包括：

33、將混合物倒入模具后通過模壓或熱壓方法將混合物進行成型，其中，模壓成型壓力范圍：0.5mpa～2mpa，熱壓成型壓力范圍：2mpa～5mpa，成型溫度范圍：20℃～120℃；成型時間：30分鐘～90分鐘，此模壓階段壓力較小，主要用于將復合材料初步壓實，保證其形狀穩定，避免大幅度的材料變形，而此熱壓階段通過更高的壓力和適當的溫度，促進膠粘劑的交聯固化，進一步提高復合材料的機械強度和穩定性。熱壓能夠使分子鏈在高溫下發生交聯，形成更為堅固的網絡結構；

34、對成型后的復合材料進行冷卻，使其定型。

35、優選的，所述對成型后的復合材料進行冷卻包括：

36、冷卻溫度范圍：25℃～40℃，此溫度范圍可以防止材料表面和內部的應力不均勻，從而避免材料的翹曲或破裂；

37、冷卻時間：1小時～4小時，過快的冷卻會導致表面與內部的溫差過大，導致內應力增加，而過長的冷卻時間則會影響生產效率，因此此冷卻時間可以確保復合材料的定型效果，并優化其性能。

38、優選的，所述固化處理包括：

39、將成型后的復合材料放置在固化爐中進行加熱固化，固化過程主要依賴于膠粘劑的交聯反應。在加熱條件下，膠粘劑（如環氧樹脂、聚氨酯等）分子鏈的活性基團（如羥基、氨基、環氧基等）會發生化學反應，形成共價鍵或物理鍵，逐步形成三維交聯網絡結構；

40、固化溫度控制在60℃～120℃之間，較低的溫度（如60℃）有助于緩慢而均勻的固化過程，避免過快固化會導致的內應力或裂紋形成。而較高的溫度（如120℃）則能加速交聯反應，縮短固化時間，適用于對時間要求較高的生產過程。然而，過高的溫度會導致膠粘劑降解或過度反應，使得固化效果不均勻，因此固化溫度需精確控制在60℃～120℃的范圍內，以保證膠粘劑能在最佳條件下充分交聯，得到穩定的三維網絡結構；

41、固化時間控制在2小時～5小時之間，時間過短會導致交聯不完全，影響最終材料的強度和穩定性；時間過長雖然能夠增強交聯度，但也會導致材料內部產生應力，甚至引起膠粘劑的過度交聯，影響材料的韌性。因此，此固化時間范圍能夠確保復合材料在具備高強度和韌性的同時，也避免了過度固化的負面影響；

42、采用熱風循環方式，確保復合材料在固化過程中受熱均勻，熱風循環的作用是通過空氣對流，將熱量均勻傳遞到復合材料的每一個部分，確保所有區域在相同時間內達到所需的固化溫度，從而實現均勻固化，避免局部過度加熱或固化不足的情況。這一方式有效減少了材料的內部應力，提高了最終復合材料的整體性能和可靠性。

43、本發明還提供一種磷石膏復合納米膠粘材料的應用方法，所述復合材料用于：

44、建筑領域，用作粘接材料和修補材料；

45、環保領域，用作水泥替代品或污染物吸附劑；

46、高性能復合材料領域，用作高強度結構材料或耐高溫材料。

47、本發明提供了一種磷石膏復合納米膠粘材料的制備方法。具備以下有益效果：

48、1、本發明采用了超聲波分散和表面改性的雙重技術，使得納米顆粒在磷石膏基體中均勻分散，避免了顆粒團聚現象。從而提升了復合材料的力學性能，特別是抗壓和抗拉強度。與傳統的簡單混合方法相比，超聲波分散確保了材料性能的一致性和穩定性。

49、2、本發明通過熱風循環固化技術，確保了復合材料在整個固化過程中的溫度均勻性。這一技術解決了傳統靜態加熱固化過程中溫差不均的問題，提高了材料的整體穩定性和強度，避免了裂紋和氣泡的產生。

50、3、本發明通過優化膠粘劑比例和分散劑配比，提升了復合材料的粘接力和耐腐蝕性。相比現有技術中膠粘劑用量偏低的配方，這一創新改進增強了材料在極端環境中的表現，尤其是在長期耐腐蝕和耐高溫的性能上，提供了更為持久的保障。

51、4、本發明的表面修飾納米材料與高性能膠粘劑結合的創新，使得復合材料不僅在力學性能上有了大幅提升，還具備了優異的耐高溫性和抗老化能力。與傳統方法相比，材料在高溫和高負荷條件下依舊能保持較高的穩定性和韌性。