CN106632859A - 一种淀粉接枝物混凝土增稠剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种淀粉接枝物混凝土增稠剂的制备方法，采用如下步骤制备：1)将淀粉糊化后在引发剂A作用下，得到淀粉自由基；2)将淀粉自由基、不饱和酰胺小单体、不饱和磺酸类小单体在引发剂B和还原剂体系共同作用下进行水相自由基聚合得到共聚产物；3)反应完成后用乙醇洗涤，抽滤，干燥，用碱液调整PH为6～7，加水得到质量百分比浓度为10～20％的淀粉接枝物混凝土增稠剂。本发明方法效率高，操作简单。用本发明制备的淀粉接枝物混凝土增稠剂能显著提高混凝土的保水性能，解决混凝土离析、泌水问题，产品性能稳定。

Description

一种淀粉接枝物混凝土增稠剂的制备方法

技术领域

本发明涉及一种混凝土增稠剂的制备方法，具体涉及到一种淀粉接枝物混凝土增稠剂的制备方法，属于混凝土外加剂领域。

背景技术

随着社会的不断进步，工业发展对工程质量要求越来越高。混凝土作为工程建设中重要材料，其性能得到了密切地重视。但是，在实际工程应用过程中，由于建筑资源的消耗，市场上骨料质量变差，导致级配不合理，加上实验室和工程上为了保证新拌混凝土的流变性能，提高聚羧酸减水剂掺量，而第三代聚羧酸高性能减水剂对掺量较其他减水剂更敏感，从而使配制的混凝土和易性不良，甚至出现离析、泌水等现象。混凝土的离析、泌水对其性能具有十分严重的危害，直接影响到混凝土的强度、抗风化和抗侵蚀等性能，使工程质量得不到保证。出现这一问题的原因，从根本上分析，是因为浆体粘度不够引起其和易性、包裹性不好，从而出现离析、泌水等问题。

为了提高混凝土性能，解决混凝土离析、泌水等问题，通常加入增稠剂来增加浆体的粘聚性和粘结力，从而使保证其性能的均一性。

目前工程技术人员通过添加可溶高分子聚合物如聚糖类、聚乙烯醇、黄原胶、纤维素醚等作为增稠剂来改善混凝土的拌合状态，使混凝土性能均匀优质，但都存在一定的问题。聚糖类会导致初凝和终凝时间随其掺量的增加而延长，混凝土早期强度过低。聚乙烯醇的溶解性较差，与聚羧酸复配时易产生絮状沉淀，使外加剂匀质性变差。黄原胶和纤维素醚一方面能有效减少混凝土泌水，但另一方面使混凝土的坍落度降低，混凝土工作性能降低，施工难度加大。上述混凝土增稠剂都很难解决实际工程问题。

发明内容

本发明的目的是为了改进现有技术的不足而提供一种淀粉接枝物混凝土增稠剂的制备方法，其在与减水剂有很好的相容性前提下又能有效抵抗混凝土离析、泌水。

本发明的技术方案为：.一种淀粉接枝物混凝土增稠剂的制备方法，其具体步骤如下：

1)淀粉自由基的制备：将淀粉溶于水中，搅拌，配制成质量百分比浓度为15～30％的淀粉溶液，加热50～70℃糊化，加入占淀粉质量0.5～1.2％的引发剂A，反应1～2h得到淀粉自由基溶液；

2)在35～60℃条件下，将不饱和酰胺小单体、不饱和磺酸类小单体、淀粉自由基溶液、引发剂B和还原剂组成的氧化-还原体系进行水相自由基聚合反应，反应时间2～4h；其中不饱和酰胺小单体、不饱和磺酸类小单体、淀粉、引发剂B和还原剂的质量比为1:(0.2～0.8):(1.2-3.3):(0.05～0.15):(0.01～0.06)；

3)反应完成后用乙醇洗涤，抽滤，干燥，用碱液调整PH为6～7，加水得到质量百分浓度为10～20％的淀粉接枝物混凝土增稠剂。

优选步骤1)中的淀粉为木薯淀粉、马铃薯淀粉、玉米淀粉或小麦淀粉的一种或两种以上组合。优选步骤1)中的引发剂A为高锰酸钾、硝酸铈铵或过氧化苯甲酰的一种或两种以上组合。

优选步骤2)中所述不饱和酰胺类小单体用通式：R₁CONR₂R₃表示，其中R₁为2～6个碳原子的烯基，R₂，R₃为1～4个碳原子的烷基或者H。其中R₁为2～6个碳原子的烯基，R₂，R₃为1～4个碳原子的烷基或者H。更优选步骤2)中所述不饱和酰胺类小单体为丙烯酰胺、异丙基丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基乙酰胺或N-甲基-N-乙烯基乙酰胺中的一种或两种以上组合。

优选步骤2)中的不饱和磺酸类小单体为用通式：R₄SO₃M表示，其中R₄为3～8个碳原子的不饱和烯烃基物，M为H、金属离子、铵基或有机胺基。更优选步骤2)中的不饱和磺酸类小单体为烯丙基磺酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、甲基烯丙氧基磺酸钠、乙烯基磺酸胺或苯乙烯磺酸钾的一种或几种组合。

优选步骤2)中的引发剂B为过硫酸物或过氧化物。更优选步骤2)中的引发剂B为双氧水、过硫酸铵、过硫酸钠或过硫酸钾的一种或两种以上组合。

优选步骤2)中的还原剂为亚硫酸氢钠、吊白块、抗坏血酸钠或异抗坏血酸的一种或两种以上组合；优选步骤3)中的碱液为氢氧化钠或氢氧化钾的一种或两种组合。

本发明的原理是：淀粉枝化度高，属弱共价键连接的碳碳杂链，结构上面有多个羟基，接枝活性位多，淀粉自由基接枝共聚反应较为成熟，可以通过自由基聚合在淀粉自由基上接入不饱和酰胺小单体与不饱和磺酸类小单体。不饱和酰胺小单体反应活性高，可提高接枝共聚物的分子量，使增稠性能提高，同时，酰胺基团具有良好的亲水性和水解温度性，提高了聚合物亲水能力。不饱和磺酸类小单体中磺酸基团能与水通过氢键结合形成结合水层，同时，磺酸基团电荷密度大，结构稳定，使其对酸、碱、盐不敏感，增强了聚合物在水泥浆体中的适应性。淀粉主链长，链段运动受限，较强的空间位阻能力增加水泥颗粒间的距离，使水分子更容易进入，同时其有较强的吸水性能，提供较强的保水能力。

其中，高分子主链可提供体系粘度，从而提高水泥浆体粘度，使混凝土稠度提高；侧链酰胺基团具有良好的亲水性，降低表面张力，减小水泥颗粒间的运动阻力；侧链磺酸基团有较强的阴离子性，吸附于水泥颗粒表面，使颗粒间粘结能力增强；侧链淀粉自由基团羟基与水形成氢键，具有良好亲水性能，同时提供良好的空间位阻作用，适当分散水泥颗粒间距，使水分子更容易进入。

有益效果：

1.本发明方法所用主要原料淀粉产量高、来源丰富、廉价易得。

2.本发明方法制备的淀粉接枝物混凝土增稠剂产品水溶性好，储存时不分层，与聚羧酸减水剂复配时均一稳定，并且适应性良好。

3.本发明方法在制备淀粉接枝物混凝土增稠剂产品整个制备过程中安全可靠、操作步骤简单方便，无毒无污染，对环境安全等优点。

4.本发明方法制备的混凝土增稠剂在改善混凝土离析、泌水问题的同时保证了混凝土的工作性能。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明技术方案作进一步详细说明。

实施例1

1)将木薯淀粉65g溶于水中，搅拌，配制成质量百分比浓度为25％的淀粉溶液，加热69℃糊化，加入0.51g硝酸铈铵，反应1.5h得到淀粉自由基溶液；

2)在36℃条件下，将异丙基丙烯酰胺20g、烯丙基磺酸钠4g加入反应器中，搅拌均匀，然后分别滴加含过硫酸钾2.8g和0.9g异抗环血酸的水溶液，反应时间3h，得到淀粉接枝物；

3)反应完成后用乙醇洗涤，抽滤，干燥，用氢氧化钠调整PH为6，加水得到质量百分比浓度为15％的淀粉接枝物混凝土增稠剂。

实施例2

1)将玉米淀粉25g溶于水中，搅拌，配制成质量百分比浓度为30％的淀粉溶液，加热51℃糊化，加入0.30g高锰酸钾，反应1h得到淀粉自由基溶液；

2)在60℃条件下，将丙烯酰胺20g、甲基烯丙氧基磺酸钠15g加入反应器中，搅拌均匀，然后分别滴加含过硫酸铵1.1g和0.21g抗环血酸钠的水溶液，反应时间4h，得到淀粉接枝物；

3)反应完成后用乙醇洗涤，抽滤，干燥，用氢氧化钠调整PH为6，加水得到质量百分比浓度为20％的淀粉接枝物混凝土增稠剂。

实施例3：

1)将马铃薯淀粉39g溶于水中，搅拌，配制成质量百分比浓度为15％的淀粉溶液，加热70℃糊化，加入0.195g过氧化苯甲酰，反应2h得到淀粉自由基溶液；

2)在46℃条件下，将N-乙烯基吡咯烷酮20g、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸8g加入反应器中，搅拌均匀，然后分别滴加含双氧水2.9g和1.2g亚硫酸氢钠的水溶液，反应时间2h，得到淀粉接枝物；

3)反应完成后用乙醇洗涤，抽滤，干燥，用氢氧化钾调整PH为7，加水得到质量百分比浓度为10％的淀粉接枝物混凝土增稠剂。

实施例4：

1)将小麦淀粉48g溶于水中，搅拌，配制成质量百分比浓度为17％的淀粉溶液，加热58℃糊化，加入0.43g硝酸铈铵，反应1.5h得到淀粉自由基溶液；

2)在60℃条件下，将N-乙烯基乙酰胺20g、乙烯基磺酸胺4g加入反应器中，搅拌均匀，然后分别滴加含过硫酸钠1.6g和0.8g异抗环血酸的水溶液，反应时间3.5h，得到淀粉接枝物；

3)反应完成后用乙醇洗涤，抽滤，干燥，用氢氧化钾调整PH为6，加水得到质量百分比浓度为17％的淀粉接枝物混凝土增稠剂。

实施例5：

1)将木薯淀粉37g溶于水中，搅拌，配制成质量百分比浓度为19％的淀粉溶液，加热62℃糊化，加入0.43g过氧化苯甲酰，反应2h得到淀粉自由基溶液；

2)在38℃条件下，将N-甲基-N-乙烯基乙酰胺20g、苯乙烯磺酸钾9g加入反应器中，搅拌均匀，然后分别滴加含双氧水2.1g和0.67g吊白块的水溶液，反应时间4h，得到淀粉接枝物；

3)反应完成后用乙醇洗涤，抽滤，干燥，用氢氧化钠调整PH为7，。加水得到质量百分比浓度为13％的淀粉接枝物混凝土增稠剂。

对以上实施例1到实施例5的产品进行评价，并选一种市售混凝土增稠剂羟甲基纤维素作参照。

(1)水泥净浆性能评价

水泥净浆实验按照GB/T8076-2008《混凝土外加剂匀质性实验方法》规定进行，基准水泥300g，用水87g；借助DV-S数显粘度计对样品进行水泥净浆增稠效果检测，见表1。

表1 水泥净浆性能评价

(2)混凝土性能评价

混凝土性能评价其配合比及实验是参照JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》进行的，所用水泥为基准水泥，其中，空白实验组不加增粘剂，使用增稠剂的实验组增稠剂掺量为外加剂质量的2％，配合比见表2。参照GB8076-2008《混凝土外加剂》对样品进行混凝土性能评价，见表3。

表2 混凝土配合比(kg/m³)

水泥	粉煤灰	矿粉	砂	石	外加剂	水
							235	50	55	783	1052	4.2	175

表3 混凝土性能评价

Claims (10)

1.一种淀粉接枝物混凝土增稠剂的制备方法，其具体步骤如下：

1)淀粉自由基的制备：将淀粉溶于水中，搅拌，配制成质量百分比浓度为15～30％的淀粉溶液，加热50～70℃糊化，加入占淀粉质量0.5～1.2％的引发剂A，反应1～2h得到淀粉自由基溶液；

2)在35～60℃条件下，将不饱和酰胺小单体、不饱和磺酸类小单体、淀粉自由基溶液、引发剂B和还原剂组成的氧化-还原体系进行水相自由基聚合反应，反应时间2～4h；其中不饱和酰胺小单体、不饱和磺酸类小单体、淀粉、引发剂B和还原剂的质量比为1:(0.2～0.8):(1.2-3.3):(0.05～0.15):(0.01～0.06)；

3)反应完成后用乙醇洗涤，抽滤，干燥，用碱液调整PH为6～7，加水得到质量百分浓度为10～20％的淀粉接枝物混凝土增稠剂。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤1)中所述的淀粉为木薯淀粉、马铃薯淀粉、玉米淀粉或小麦淀粉的一种或两种以上组合。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤1)中所述的引发剂A为高锰酸钾、硝酸铈铵或过氧化苯甲酰的一种或两种以上组合。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤2)中所述不饱和酰胺类小单体用通式：R₁CONR₂R₃表示，其中R₁为2～6个碳原子的烯基，R₂，R₃为1～4个碳原子的烷基或者H；其中R₁为2～6个碳原子的烯基，R₂，R₃为1～4个碳原子的烷基或者H。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤2)中所述不饱和酰胺类小单体为丙烯酰胺、异丙基丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基乙酰胺或N-甲基-N-乙烯基乙酰胺中的一种或两种以上组合。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤2)中所述的不饱和磺酸类小单体为用通式：R₄SO₃M表示，其中R₄为3～8个碳原子的不饱和烯烃基物，M为H、金属离子、铵基或有机胺基。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤2)中所述的不饱和磺酸类小单体为烯丙基磺酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、甲基烯丙氧基磺酸钠、乙烯基磺酸胺或苯乙烯磺酸钾的一种或几种组合。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤2)中所述的引发剂B为过硫酸物或过氧化物。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤2)中所述的引发剂B为双氧水、过硫酸铵、过硫酸钠或过硫酸钾的一种或两种以上组合。

10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤2)中所述的还原剂为亚硫酸氢钠、吊白块、抗坏血酸钠或异抗坏血酸的一种或两种以上组合；步骤3)中的碱液为氢氧化钠或氢氧化钾的一种或两种组合。