一种改性高吸水树脂内养护剂的制备方法与流程

文档序号:15403328发布日期:2018-09-11 18:07阅读:321来源:国知局

本发明涉及一种改性高吸水树脂内养护剂的技术领域,特别涉及到一种改性高吸水树脂内养护剂的制备方法。



背景技术:

混凝土作为当今建筑工程中用量最大、用途最广的建筑材料之一,其综合性能不仅取决于原材料组成、配比,更与后期良好的养护紧密相关,养护是保持混凝土饱水或接近饱水状态,使水泥水化产物能不断填充新拌混凝土中自由水空间的手段。若混凝土施工后养护不及时,其内部水分通过体系的毛细孔蒸发至外界,导致胶凝材料内部水化不充分、水化产物减少,进而造成混凝土各性能下降。

传统的养护方式主要有:水养护、蒸汽养护、埋置养护以及塑料薄膜养护。但也存在耗水量大、费时费力、养护不彻底、混凝土的匀质性得不到保证,养护成本高等问题。养护剂养护相对于传统养护方式是一种新型高效的混凝土养护方式,具体分为内养护和外养护,外养护是在混凝土施工后,在其表层喷洒或涂抹一层具有成膜性、渗透性的化学物质,该物质在短时间内形成一层均匀连续的致密薄膜,从而抑制混凝土内部水分蒸发,促使胶凝材料充分水化;内养护是在混凝土制备过程中加入具有多孔介质或亲水基团的吸水性物质,该物质均匀分散于混凝土体系中起内部储水作用,当混凝土处于低水胶比或干燥环境时,该物质将储存的水进行释放,为胶凝材料完全水化提供足够动力。因此创新养护剂养护技术对于提高水泥混凝土的性能,具有十分重要的意义。

外养护剂种类目前主要包括四大类:水玻璃类、乳液类、有机溶剂类、有机无机复合类。但该类养护剂易挥发,对环境生态不利,保水率较低、膜水溶性较差、受温度影响后易出现起皮、脱落、开裂、破乳、絮凝等现象。内养护起源于上世纪90年代,其养护过程发生在混凝土内部,内养护的材料分为饱水轻集料(law)及高吸水树脂(sap)两类,具有良好的吸水、释水、保湿功能,对混凝土收缩、开裂问题有改善作用。但law内部孔隙率较高、孔径较大,导致混凝土和易性变差,且力学性能受到影响。sap是一种具有直链、支链、交链共存网络结构的高吸水聚合物,其结构中含有-cooh、-oh等亲水基团同自由水易形成氢键;同时sap具有的三维胶状网络结构,通过溶胀作用将自由水固定其网络结构中,在水泥水化的高碱性环境下(ph=12~13),高吸水性树脂的吸水倍率降低将预先吸收的水分会被释放出来,从而保证内部湿度、维持水泥水化,能够显著改善混凝土抗开裂、抗收缩及抗冻等耐久性能。高吸水性树脂交联控制是控制其空间组织结构状态的重要方面,其交联点的密度大小直接影响高吸水性树脂的吸水和保水能力。高吸水树脂的表面交联会影响吸液时体积的膨胀,所以会对吸液倍率带来负面影响,一般会使高吸水树脂吸液倍率降低。

专利cn105330334a报道了一种硅烷改性混凝土内养护剂的制备方法,该专利将无机粘土完全分散于去离子水中,然后加入中和过的丙烯酸溶液、交联剂和引发剂混匀得到高吸水性树脂凝胶,经造粒、干燥、粉碎、筛分和表面交联后得到高吸水性树脂,可以降低其对混凝土工作性的影响,提高混凝土的早期自收缩减缩效果,解决了混凝土早期开裂的难题。专利cn102558574a报道了一种含羧基的高吸水树脂的表面改性方法,该专利采用单官能团的化合物作为改性剂对含羧基的高吸水树脂进行表面改性处理,使高吸水树脂表层的部分亲水结构转变为疏水结构,进而减少水分扩散通道,从而能有效的降低高吸水树脂的吸液速率,并且对吸液倍率的影响很小,前期能缓慢的吸水,减少对混凝土工作性能的影响,但以上所报道并未对混凝土工作性能保持及力学性能有显著改善。



技术实现要素:

针对现有技术中存在的问题,本发明的目的在于提供一种改性高吸水树脂内养护剂的制备方法,用以提高混凝土持续的工作性能、力学性能和耐久性能。

本发明的技术方案采用如下具体步骤:

(1)改性高吸水树脂的制备:先将脂肪伯胺溶于有机醚中,再加入多不饱和脂肪酸得到不饱和脂肪伯胺类单体;然后将不饱和聚氧乙烯醚大单体、不饱和脂肪伯胺类单体、不饱和酯类单体配制成水溶液在引发剂和还原剂作用下进行自由基聚合反应得到改性高吸水树脂;其中多元不饱和脂肪酸、脂肪伯胺、有机醚的摩尔比为1:(1.5~2.0):(1.5~2.8);其中不饱和聚氧乙烯醚大单体、不饱和脂肪伯胺类单体、不饱和酯类单体、在引发剂和还原剂的质量组份比为1:(0.8~1.2):(0.5~0.8):(0.01~0.02):(0.05~0.08);

(2)改性硅酸钠溶液制备:将硅酸钠溶于铝改性硅溶胶分散液中,在高剪切条件下加入2-甲基丙烯酸四氯化铬搅拌5h~10h,得到改性硅酸钠;其中硅酸钠、铝改性硅溶胶和2-甲基丙烯酸四氯化铬质量组份比为1:(1~1.5):(0.01:0.06);

(3)改性高吸水树脂内养护剂的制备:将步骤(2)得到的改性硅酸钠加入到步骤(1)改性高吸水树脂中,并加入分散剂进行分散;最后将产物经脱水、分离、干燥即得到改性高吸水树脂内养护剂;其中改性高吸水树脂、改性硅酸钠和分散剂质量组份比为1:(0.03~0.07):(0.001~0.007)。

进一步的,步骤(1)中,加入多不饱和脂肪酸在45℃~63℃搅拌1h~2h得到不饱和脂肪伯胺类单体;然后将不饱和聚氧乙烯醚大单体、不饱和脂肪伯胺类单体、不饱和酯类单体配制成20%~26%的水溶液在引发剂和还原剂作用下进行自由基聚合反应在30℃~50℃搅拌1h~5h得到改性高吸水树脂;

步骤(2)中,铝改性硅溶胶粒径为5nm~10nm;

步骤(3)中,加入分散剂后,在10℃~45℃下进行超声分散1h~5h。

脂肪伯胺为十二烷基伯胺、十四烷基伯胺、十六烷基伯胺或十八烷基伯胺中的至少一种;

有机醚为二乙二醇单丁醚、二乙二醇二丙二醇单丁基醚、二丙二醇二乙二醇单丁基醚或四缩乙二醇单丁基醚中的至少一种;

多不饱和脂肪酸为十八碳三烯酸、二十二碳六烯酸或二十碳五烯酸中的至少一种;

不饱和聚氧乙烯醚大单体为甲基烯丙醇聚氧乙烯醚、异丁烯醇聚氧乙烯醚、异戊烯醇聚氧乙烯醚,分子量为800~8000;

不饱和酯类单体大单体为丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯中的至少一种;

引发剂为过氧化氢、过硫酸铵、过硫酸钠或过硫酸钾中的至少一种;

还原剂为吊白块、抗坏血酸、亚硫酸钠或次磷酸钠中的至少一种;

分散剂为硬脂酸单甘油酯、二乙醇胺、海泡石硅酸镁中的至少一种;

采用本发明一种改性高吸水树脂内养护剂的制备方法,其优点在于:

1.本发明一种改性高吸水树脂内养护剂的制备方法是通过自由基溶液聚合反应,过程工艺简单、低温制备、绿色环保;可以自由控制吸水率且具有显著减缩效果。

2.本发明采用多不饱和脂肪酸预先处理脂肪伯胺形成类球形环绕不饱和脂肪伯胺单体,与缓释型不饱和酯类单体共聚,以不饱和聚氧乙烯醚提高接枝度与交联点,得到的改性高吸水树脂的具有蜷曲柔顺性网状结构,在混凝土中可以形成蜷曲缠绕状,交联密度与空间类似海绵的作用,将水分子锁留在网状结构中,对混凝土的吸水率和收缩控制起到至关重要的作用。

3.本发明利用铝改性硅溶胶对硅酸钠改性后,在分散剂作用下与改性高吸水树脂作用得到的养护剂应用于混凝土,待混凝土水分蒸发时,可以及时填补气孔,具有更强的分散渗透力,提高混凝土的保水率和强度,不影响混凝土工作性能。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明技术方案进一步详细说明。

实施例1

(1)先将1.5mol十二烷基伯胺溶于2.8mol二乙二醇二丙二醇单丁基醚中,再加入1mol十八碳三烯酸在45℃搅拌1h得到不饱和脂肪伯胺类单体;然后将100份甲基烯丙醇聚氧乙烯醚(分子量800)、80份不饱和脂肪伯胺类单体、80份丙烯酸羟乙酯溶于740份水中、在1份过氧化氢、5份抗坏血酸作用下进行自由基聚合反应在30℃搅拌5h得到改性高吸水树脂;

(2)将100份硅酸钠溶于100份铝改性硅溶胶(10nm)分散液中,在高剪切条件下加入1份2-甲基丙烯酸四氯化铬搅拌5h,得到改性硅酸钠。

(3)将3份改性硅酸钠加入到100份改性高吸水树脂中,并加入0.1份硬脂酸单甘油酯,在10℃下超声分散1h。最后将产物经脱水、分离、干燥即得到改性高吸水树脂内养护剂。

实施例2

(1)先将2mol十四烷基伯胺溶于1.5mol二乙二醇单丁醚中,再加入1mol二十二碳六烯酸在63℃搅拌1.5h得到不饱和脂肪伯胺类单体;然后将100份异丁烯醇聚氧乙烯醚(分子量8000)、100份不饱和脂肪伯胺类单体、50份、丙烯酸羟丙酯溶于1000份水中、在1.5份过硫酸铵、8份吊白块作用下进行自由基聚合反应在50℃搅拌1h得到改性高吸水树脂;

(2)将100份硅酸钠溶于150份铝改性硅溶胶(5nm)分散液中,在高剪切条件下加入5份2-甲基丙烯酸四氯化铬搅拌8h,得到改性硅酸钠;

(3)将7份改性硅酸钠加入到100份改性高吸水树脂中,并加入0.7份二乙醇胺,在45℃下超声分散5h。最后将产物经脱水、分离、干燥即得到改性高吸水树脂内养护剂。

实施例3

(1)先将1.6mol十六烷基伯胺溶于2mol二丙二醇二乙二醇单丁基醚中,再加入1mol二十碳五烯酸在50℃搅拌1h得到不饱和脂肪伯胺类单体;然后将100份异戊烯醇聚氧乙烯醚(分子量5000)、120份不饱和脂肪伯胺类单体、60份甲基丙烯酸羟乙酯溶于840份水中、在2份过硫酸钠、6份亚硫酸钠作用下进行自由基聚合反应在40℃搅拌3h得到改性高吸水树脂;

(2)将100份硅酸钠溶于120份铝改性硅溶胶(10nm)分散液中,在高剪切条件下加入6份2-甲基丙烯酸四氯化铬搅拌10h,得到改性硅酸钠;

(3)将5份改性硅酸钠加入到100份改性高吸水树脂中,并加入0.3份海泡石硅酸镁,在20℃下超声分散3h。最后将产物经脱水、分离、干燥即得到改性高吸水树脂内养护剂。

实施例4

(1)先将1.8mol十八烷基伯胺溶于2.6mol四缩乙二醇单丁基醚中,再加入1mol十八碳三烯酸在55℃搅拌2h得到不饱和脂肪伯胺类单体;然后将100份甲基烯丙醇聚氧乙烯醚(分子量1400)、80份不饱和脂肪伯胺类单体、70份甲基丙烯酸羟丙酯溶于835份水中、在2份过硫酸钾、7份次磷酸钠作用下进行自由基聚合反应在40℃搅拌4h得到改性高吸水树脂;

(2)将100份硅酸钠溶于110份铝改性硅溶胶(5nm)分散液中,在高剪切条件下加入3份2-甲基丙烯酸四氯化铬搅拌3h,得到改性硅酸钠;

(3)将6份改性硅酸钠加入到100份改性高吸水树脂中,并加入0.5份二乙醇胺,在40℃下超声分散2h。最后将产物经脱水、分离、干燥即得到改性高吸水树脂内养护剂。

实施例5

(1)先将2mol十二烷基伯胺溶于1.5mol四缩乙二醇单丁基醚中,再加入1mol二十碳五烯酸在60℃搅拌2h得到不饱和脂肪伯胺类单体;然后将100份异丁烯醇聚氧乙烯醚(分子量3000)、90份不饱和脂肪伯胺类单体、80份丙烯酸羟丙酯溶于1080份水中、在1.8份过硫酸铵、7.5份抗坏血酸作用下进行自由基聚合反应在50℃搅拌3h得到改性高吸水树脂;

(2)将100份硅酸钠溶于150份铝改性硅溶胶(5nm)分散液中,在高剪切条件下加入4份2-甲基丙烯酸四氯化铬搅拌10h,得到改性硅酸钠;

(3)将4份改性硅酸钠加入到100份改性高吸水树脂中,并加入0.4份硬脂酸单甘油酯,在35℃下超声分散5h。最后将产物经脱水、分离、干燥即得到改性高吸水树脂内养护剂。

实施例6

(1)先将1.5mol十四烷基伯胺溶于1.5mol二丙二醇二乙二醇单丁基醚中,再加入1mol二十二碳六烯酸在50℃搅拌2h得到不饱和脂肪伯胺类单体;然后将100份异戊烯醇聚氧乙烯醚(分子量1400)、115份不饱和脂肪伯胺类单体、50份丙烯酸羟乙酯溶于1060份水中、在1份过氧化氢、7份抗坏血酸作用下进行自由基聚合反应在50℃搅拌5h得到改性高吸水树脂;

(2)将100份硅酸钠溶于140份铝改性硅溶胶(10nm)分散液中,在高剪切条件下加入3份2-甲基丙烯酸四氯化铬搅拌6h,得到改性硅酸钠;

(3)将6份改性硅酸钠加入到100份改性高吸水树脂中,并加入0.7份二乙醇胺,在10℃下超声分散5h。最后将产物经脱水、分离、干燥即得到改性高吸水树脂内养护剂。

对照例1

(1)先将2mol十二烷基伯胺溶于2.3mol二乙二醇二丙二醇单丁基醚中,再加入1mol十八碳三烯酸在45℃搅拌2h得到不饱和脂肪伯胺类单体;然后将100份甲基烯丙醇聚氧乙烯醚(分子量5000)、80份不饱和脂肪伯胺类单体、80份甲基丙烯酸羟乙酯溶于740份水中、在1份过硫酸铵、5份次磷酸钠作用下进行自由基聚合反应在30℃搅拌5h得到改性高吸水树脂;

(2)将3份硅酸钠加入到100份改性高吸水树脂中,并加入0.1份硬脂酸单甘油酯,在10℃下超声分散1h。最后将产物经脱水、分离、干燥即得到改性高吸水树脂内养护剂。

对照例2

(1)将100份异丁烯醇聚氧乙烯醚(分子量3000)、100份丙烯酰胺单体、80份丙烯酸羟丙酯溶于940份水中、在1份过氧化氢、5份吊白块作用下进行自由基聚合反应在40℃搅拌5h得到高吸水树脂;

(2)将100份硅酸钠溶于100份铝改性硅溶胶(5nm)分散液中,在高剪切条件下加入1份2-甲基丙烯酸四氯化铬搅拌5h,得到改性硅酸钠;

(3)将6份改性硅酸钠加入到100份改性高吸水树脂中,并加入0.1份海泡石硅酸镁,在40℃下超声分散3h。最后将产物经脱水、分离、干燥即得到改性高吸水树脂内养护剂。

对照例3

(1)将100份异戊烯醇聚氧乙烯醚(分子量2400)、80份丙烯酰胺溶于600份水中、在1份过硫酸钠、5份次磷酸钠作用下进行自由基聚合反应在30℃搅拌5h得到高吸水树脂;

(2)将5份硅酸钠加入到100份高吸水树脂中,并加入0.5份二乙醇胺,在30℃下超声分散2h。最后将产物经脱水、分离、干燥即得到高吸水树脂内养护剂。

实施效果

试验参照gb8077-2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》,w/c=0.29,在相同掺量下对各实施例及对照实例在基准水泥中的净浆流动度进行测试。参照gb/t50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》,制备混凝土收缩试件尺寸为100mm×100mm×515mm;参照gb/t50081-2002《普通混凝土力学性能测试试验方法》,制备混凝土强度试件尺寸为100mm×100mm×100mm。采用基准水泥进行测试。选取市售某内养护剂作为对照例4。试验结果见表1。

表1实施例和对照例性能测试结果

从表1中可以看出,实施例中的改性高吸水树脂内养护剂较对照例中的高吸水树脂内养护剂吸液倍率、砂浆收缩率比、流动度及抗压强度性能都具有显著的实施效果。对混凝土抗压强度和持续的工作性能具有显著的改善作用。

以上的实施例仅为说明本发明的技术思想,不能以此限定本发明的保护范围,凡是按照本发明提出的技术思想,在技术方案基础上所做的任何改动,均落入本发明保护范围之内。

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