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无机高分子矿物聚合物材料研究现状 无机高分子矿物聚合物材料，是近年来在国际上兴起的一种新型无机非金属材料，因其结构类似天然矿物沸石，即以多种非晶质至半晶质铝硅酸盐凝胶成分的化学键陶瓷材料，也有人称为矿物聚合物或地质聚合物。
目前研究的无机高分子矿物材料已达到主要性能指标，在各方面均优于水泥和玻璃，而与传统陶瓷接近，有些声、光、电、耐腐蚀及耐高温性能上更超过金属和有机高分子材料。其生产能耗仅为陶瓷的1/20、钢材的1/70、塑料的1/150。
无机高分子矿物聚合反应理化性能
无机高分子矿物(涂料/胶粘剂)材料化学组成为铝硅酸盐，具有有机高聚物的链接结构，但其基本相呈非晶质或半晶质相，具有硅氧四面体和铝氧四面体随机分布的三维网络结构，碱金属或碱金属离子分布于网络空隙之间以平衡电价。网络的基本结构单元为铝硅氧链(-Si-O-Al-O-)、硅铝氧链(-Si-O-Al-O-Si-O-)和硅铝二硅氧链(-Si-O-Al-O-Si-O-Si-O-)等。正是由于该矿物材料具有类似有机聚合物的链状结构，且能够与矿物颗粒表面的硅氧四面体和铝氧四面体通过脱羟基作用形成化学键，因而具有无机化合物和有机化合物共同特点。
1．高强、耐高温、快硬
这是无机高分子矿物聚合物材料主要特色。矿物材料本身是氧化物网络结构体系，在1000 ℃～1200 ℃之间不氧化、不分解；另一方面，密实的氧化物网络体系可以隔绝空气，保护内部物质不被氧化。经复合改性后，材料的抗压、抗拉、抗弯曲强度都是普通水泥基材的10 倍以上，同时高温性能好、不燃、隔热、保温(导热系数:0.24～0.38W/m.k) 、没有毒性气体释放。最具代表性的是利用碳纤维改性无机高分子矿物聚合物材料制得的复合材料。该材料在1000 ℃下不氧化，在815 ℃时抗弯强度仍有245MPa ，而密度只有1.85g/cm3，比水泥(～2.3g/cm3 ) 、铝(2.7g/cm3 ) 、钢(7.8g/cm3 ) 小很多; 碳纤维改性无机高分子矿物聚合物材料制得的复合材料在900 ℃下，抗压强度仍达40MPa 。相比下，水泥在400 ℃下强度仅剩15～25MPa，在570 ℃下强度为零。有机聚合物及其纤维增强材料由于其可燃性。无机矿物聚合反应过程中，溶胶的形成和脱水反应速度比较快，网络骨架比较容易形成，另外微波、加热、干燥对反应都有促进作用,因此可快速制得高强度制品。
无机高分子矿物聚合物材料与其材料性能比较
2．耐久性优良
无机高分子矿物材料优良性能一方面源于其稳定网络结构,另一方面是因为可以完成避免普通水泥因金属离子迁移与骨料反应而引起的碱集料反应,没有膨胀(普通硅酸盐水泥混凝土在200 天后因碱集料反应而膨胀,是极大的安全隐患 ,因而经受自然破坏的能力很强。
3．功能性多样
硅元素存在稳定的+ 4 价态,因此无机高分子矿物材料中的硅氧四面体显电中性;铝氧四面体中的铝元素是+ 3 价态,但却与四个氧原子结合成键,因此铝氧四面体显电负性,需要吸收体系中的正离子来平衡电荷,总的结果使体系显电中性。铝离子的这一行为以及无机高分子矿物沸石材料本身的结构特点,使得该种材料具备多种功能性。
4．固定金属离子
无机高分子矿物材料的结构是由环状分子链构成的“类晶体”纳米笼结构。环状分子之间结合形成密闭的空腔(笼状) ,可把金属离子和其他毒性物质分割包围在空腔内;同时骨架中的铝离子也能吸附金属离子;故而金属离子还参与了无机高分子矿物材料结构的形成,因此可以更有效地固定体系中的金属离子。
无机高分子矿物材料聚合后形成网络状的硅铝酸盐结构，其聚合有毒离子的机理见下图：
5．热膨胀系数( CTE) 可调
无机高分子矿物聚合物材料的Si/Al 在2～20 内变动时,其膨胀系数在4 ×10 � 6/℃～25× 10 � 6/℃内变化。因此在与陶瓷(CTE:3× 10 � 6/℃) 、钢(CTE: 11×10 � 6/℃) 、铜(CTE: 6×10-6/℃ ) 、铝(CTE: 24×10-6/℃) 等复合时,可以通过控制无机高分子矿物体系中Si 的含量来协调基质与填充物的热膨胀系数,降低因热膨胀系数不一致而产生的内应力,从而提高复合材料的使用寿命。
6．耐酸碱腐蚀性优良
此类材料在有机溶液、碱性溶液和盐水中很稳定，在浓硫酸中较稳定(HF 酸除外)，在浓盐酸中稳定性差。
7．可回收再利用
由前述无机高分子矿物聚合物反应机理可以知道,无机聚合反应过程是由铝硅酸之间的脱水反应,这个反应在强碱性条件下是可逆的;另一方面,原料变成产物,除了脱水外没有损失其他的物质。当然, 无机高分子矿物聚合物材料也有其缺点。与高分子材料相比,它的脆性较大。
8．原材料来源广，成本低廉
生产原料中的铝硅酸盐可采用各种硅铝质矿物和工业固体废料，如高岭土、沸石、粉煤灰、火山灰、石英砂、活性铝土矿和建筑废弃物等。
无机高分子矿物聚合物材料应用领域
无机高分子矿物聚合物材料的原材料丰富，以粘土、工业废渣或矿渣为主要原料，其生产成本低，能耗小，无污染，是环保型可持续发展材料。可使用在航空、航天、冶金、矿山、化工、建材和环保等多领域。
1．汽车、航空工业
2．塑料、冶金工业领域
3．土木工程、交通工程及各种抢修工程
4．建材、石材领域
5．在环保领域