CN113429512A - 一种水溶性聚合物作为水泥基材料内养护剂的应用 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种水溶性聚合物作为水泥基材料内养护剂的应用，所述水溶性聚合物为水解型聚丙烯酰胺。所述应用改善了水溶性高分子聚丙烯酰胺在建材领域的应用性能，降低了普通聚丙烯酰胺类材料对水泥水化热的影响，得到的水泥材料水化放热量明显减小，缓解水泥开裂情况，有益于延长水泥砂浆的使用寿命。

Description

一种水溶性聚合物作为水泥基材料内养护剂的应用
技术领域
本申请涉及一种水溶性聚合物作为水泥基材料内养护剂的应用，属于水泥基材料养护技术领域。
背景技术
目前市场中采用外加剂改善水泥性能以节约成本。水滑石、粉煤灰、纳米CaCO3、碳纳米管、纤维素醚(CE)，聚丙烯酰胺等曾作为外加剂改善硅酸盐水泥的性能。其中CE作为内养护剂改性砂浆和混凝会降低水泥早期水化放热量，延缓水泥的水化动力学过程增加水泥浆体的临界张力。但纤维素醚聚合物成本较贵，合成方法较为复杂，经济效益不高；普通聚丙烯酰胺应用于水泥砂浆中保水能力较差。
水溶性高分子可改善硅酸盐水泥的性能。其中，聚丙烯酰胺具有增粘性及良好的水溶性，可以作为内养护剂应用在水泥基材料中。聚丙烯酰胺中的亲水性基团能与水泥基材料的水分子缔合成氢键，减小材料泌水程度，溶解后还可以增加砂浆的粘度，减少材料的稠度；聚丙烯酰胺类聚合物在水中会水解产生羧酸跟离子与水泥水中的钙、镁等多种阳离子络合，形成稳定的产物，有助于提高水泥浆体的硬度；聚丙烯酰胺溶解后包裹在未水化的水泥矿物和水化产物上，同时也改变了水泥的水化产物形貌以及降低了水泥的水化放热，进而改善了水泥开裂的问题。
发明内容
根据本申请的一个方面，提供一种水溶性聚合物作为水泥基材料内养护剂的应用，所述水溶性聚合物为水解型聚丙烯酰胺。本申请所提供的应用，解决了改善了水溶性高分子聚丙烯酰胺在建材领域的应用性能，降低了以前普通聚丙烯酰胺类材料对水泥水化热的影响，得到的水泥材料水化放热量明显减小，缓解水泥开裂情况，有益于延长水泥砂浆的使用寿命。
一种水溶性聚合物作为水泥基材料内养护剂的应用，所述水溶性聚合物为水解型聚丙烯酰胺。
可选地，所述水解型聚丙烯酰胺的水解度为15～25％；相对分子质量为1300～1700万；粘度为150～220cp。
可选地，所述水解度的上限选自18％、20％、22％、25％；下限选自15％、18％、20％、22％。
可选地，所述相对分子量地上限选自1400万、1500万、1600万、1700万；下限选自1300万、1400万、1500万、1600万。
可选地，所述粘度上限选自160、170、180、190、200cp；下限选自150、160、170、180、190cp。
可选地，所述水解型聚丙烯酰胺通过以下步骤制备得到：
将含有丙烯酰胺类化合物、丙烯酸盐、引发剂的原料反应，得到所述水解型聚丙烯酰胺；
所述丙烯酰胺类化合物包括丙烯酰胺。
可选地，所述丙烯酸盐包括丙烯酸钠；
所述引发剂包括氧化剂、还原剂中的至少一种。
可选地，所述氧化剂包括过硫酸钾、偶氮二异丁腈中的至少一种；
所述还原剂包括亚硫酸氢钠。
可选地，所述引发剂包括过硫酸钾、亚硫酸氢钠和偶氮二异丁腈。
可选地，所述过硫酸钾、亚硫酸氢钠和偶氮二异丁腈地质量比为0.1～0.5：0.05～0.3：0.1～0.5。
可选地，所述丙烯酸盐和所述丙烯酰胺的质量比为15～25：75～100；
所述引发剂与所述丙烯酰胺的质量比为0.1～0.5：75～100；
所述丙烯酸盐和所述丙烯酰胺的质量之和与所述原料的质量比为15～25：100。
可选地，所述丙烯酸盐和所述丙烯酰胺的质量比上限选自17：75～100、18：75～100、22：75～100、23：75～100、24：75～100或25：75～100；下限选自15：75～100、18：75～100、20：75～100、22：75～100、23：75～100或24：75～100。
可选地，所述丙烯酸盐和所述丙烯酰胺的质量比为15～25：75～80。
可选地，所述丙烯酸盐和所述丙烯酰胺的质量比为15～20：75～80。
可选地，所述丙烯酸盐和所述丙烯酰胺的质量比为15～25：75。
可选地，所述引发剂与所述丙烯酰胺的质量比为0.3～0.5：75～90；
可选地，所述引发剂与所述丙烯酰胺的质量比为0.3～0.5：75。
可选地，所述丙烯酸盐和所述丙烯酰胺的质量之和与所述原料的质量比上限选自17：100、19：100、21：100、23：100或25：100；下限选自15：100、17：100、19：100、21：100或23：100。
可选地，所述丙烯酰胺类化合物还包括2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸盐。
可选地，所述2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸盐包括2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠。
可选地，所述2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸盐和所述丙烯酰胺的质量比为5～10：100。
可选地，所述2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸盐和所述丙烯酰胺的质量比上限选自6：100、7：100、8：100或10：100；下限选自5：100、6：100、7：100或8：100。
可选地，所述原料还含有水。
可选地，所述反应的条件包括：隔热条件下，初始温度为0～30℃。
可选地，所述初始温度上限选自5℃、8℃、10℃、15℃、17℃、20℃、22℃、25℃或30℃；下限选自0℃、5℃、8℃、10℃、15℃、17℃、20℃、22℃或25℃。
可选地，所述反应的条件包括：非活性气体条件下，pH值为7～13，反应时间为6～10h。
可选地，所述pH值上限为8、9、11或13；下限为7、8、9或11。
可选地，所述反应时间上限选自7、8、9或10h；下限选自6、7、8或9h。
可选地，所述水解型聚丙烯酰胺通过以下步骤制备得到：
(S1)将含有丙烯酰胺、丙烯酸盐、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸盐和水的原料混合，得到混合物I；
(S2)调节所述混合物I的pH至7～13，加入引发剂，反应，得到所述水解型聚丙烯酰胺。
可选地，所述应用包括以下步骤：
将含有水解型聚丙烯酰胺、水泥基材料和水的原料进行水化反应。
可选地，所述水解型聚丙烯酰胺、所述水泥基材料和所述水的质量比为0.01～0.2：50～100：50。
可选地，所述水解型聚丙烯酰胺、所述水泥基材料和所述水的质量比为0.01～0.2：100：50。
可选地，所述水化反应的时间为72～120h。
可选地，所述水化反应的时间为100～120h。
根据本申请的一个方面，提供了一种水溶性聚合物及其制备方法和应用，解决了水泥水化放热过高的问题。
所述水溶性聚合物的制备方法，所述方法至少包括以下步骤：
将含有丙烯酰胺单体和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸盐、丙烯酸盐等的混合物，在引发剂存在的条件下，进行聚合反应进行聚合反应，得到水溶性聚合物；
所述引发剂包括氧化剂。
丙烯酸盐单体的用量为丙烯酰胺单体质量的20～25％。
2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸盐的用量为丙烯酰胺单体质量的5～10％。
可选地，混合物还包括溶剂，溶剂为水；
丙烯酰胺单体、丙烯酸盐单体总质量和占整个体系质量的15％-25％。
可选地，所述方法包括：
(S1)将丙烯酰胺单体、丙烯酸钠单体、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠与水混合后，混合均匀，得到混合物I；
(S2)调节所述混合物I的pH至8～13，然后在所述混合物I中加入引发剂，混合均匀，进行聚合反应，得到水溶性高分子聚合物。
调节pH采用碱性溶液，本申请没有特别限定，具体实施过程中，本领域技术可根据需求，选取相应的浓度碱性溶液，如氢氧化钠溶液、碳酸钠溶液等，
可选地，聚合反应的条件为：
反应初始温度为0-30℃，反应时间为6-10h；
优选地，聚合反应在惰性气体保护下进行。
优选地，反应在隔热条件下进行，即反应过程中不和外界进行热交换。
优选地，所采用的惰性气体可以为氮气、氩气等。
具体地，反应初始温度的下限可独立选自0℃、5℃、8℃、10℃、15℃；反应初始温度的上限可独立选自17℃、20℃、22℃、25℃、30℃。
具体地，反应时间可独立选自6h、7h、8h、9h、10h。
根据本申请的又一个方面，提供了一种水溶性聚合物，采用上述任一制备方法制备得到。
根据本申请的又一个方面，提供了水溶性聚合物在建材领域中的应用。
可选地，上述应用至少包括以下步骤：
将水溶性聚合物造粒，得到聚合物颗粒；
对聚合物颗粒进行干燥、粉碎，得到水泥内养护剂。
将水溶性聚合物掺入50g基准水泥、25g水进行水化反应120h。
具体地水溶性聚合物掺入量可独立选自入0.005g、0.01g、0.05g、0.1g。
本申请能产生的有益效果包括：
(1)本申请所提供的应用，改善了水溶性高分子聚丙烯酰胺在建材领域的应用性能。
(2)本申请所提供的应用，降低了以前普通聚丙烯酰胺类材料对水泥水化热的影响，得到的水泥材料水化放热量明显减小，缓解水泥开裂情况，有益于延长水泥砂浆的使用寿命。
(3)本申请通过添加2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸盐，可以提高水解型聚丙烯酰胺的耐盐性。
(4)本申请所提供的应用，所采用的原料价格低廉，制备方法方便简单、易操作。
具体实施方式
下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。
如无特别说明，本申请的实施例中的原料均通过商业途径购买。
实施例1
水解型聚丙烯酰胺的制备：
(S1)将75g丙烯酰胺单体、20g丙烯酸钠单体、5g2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠与400g水混合后，混合均匀，得到混合物I；
(S2)用浓度为2mol/L的氢氧化钠溶液调节所述混合物I的pH至7，然后在所述混合物I中加入0.2g过硫酸钾、0.1g亚硫酸氢钠、0.2g偶氮二异丁腈，混合均匀，氮气气氛条件下，进行隔热聚合反应，反应初始温度为20摄氏度，反应时间为6h，得到水解型聚丙烯酰胺。
实施例2～3
水解型聚丙烯酰胺的制备：
实施例2～3的制备方法与实施例1的区别仅在于如下表1所示
表1实施例2～3与实施例1的区别之处
Figure BDA0003097052620000061
水解型聚丙烯酰胺表征
水解度测定：按照GB/T 12005.6-1989进行测定。
相对分子质量测定：按照GB/T 12005.10-1992进行测定。
粘度测定：：将水解型聚丙烯酰胺于盐水中溶解至1500ppm浓度，流变仪在7.314s-1测量其粘度。
测定结果如表2所示：
表2水解度、相对分子量、粘度测定结果
Figure BDA0003097052620000071
水解型聚丙烯酰胺性能测定
50g基准水泥、25g水分别掺入0.05g水解度为15％(实施例2制备得到的水解型聚丙烯酰胺)、20％(实施例1制备得到的水解型聚丙烯酰胺)、25％(实施例3制备得到的水解型聚丙烯酰胺)的水解型聚丙烯酰胺进行水化反应120h，测量水化期间的水化放热，加入部分水解的聚丙烯酰胺使得水泥减速期以及稳定期的水化放热效率减小，水解度为15％的聚丙烯酰胺减少水泥水化放热6.5％、水解度为20％的聚丙烯酰胺减少水化放热10％、水解度为25％的聚丙烯先拿减少水化放热8％。
对比例1：
普通聚丙烯酰胺制备：
(S1)将95g丙烯酰胺单体、5g 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠与400g水混合后，混合均匀，得到混合物I；
(S2)用浓度为2mol/L的氢氧化钠溶液调节所述混合物I的pH至7，然后在所述混合物I中加入0.2g过硫酸钾、0.1g亚硫酸氢钠、0.2g偶氮二异丁腈，混合均匀，氮气气氛条件下，进行隔热聚合反应，反应初始温度为20摄氏度，反应时间为2h，得到水解型聚丙烯酰胺。
对比例1的普通聚丙烯酰胺由我方自主合成，在50g基准水泥、25g水分别掺入0.05g对比例1的普通聚丙烯酰胺进行水化反应120h，其减小水化放热总量不足2％。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (10)

1.一种水溶性聚合物作为水泥基材料内养护剂的应用，其特征在于，所述水溶性聚合物为水解型聚丙烯酰胺。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述水解型聚丙烯酰胺的水解度为15～25％；相对分子量为1300～1700万；粘度为150～200cp。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述水解型聚丙烯酰胺通过以下步骤制备得到：
将含有丙烯酰胺类化合物、丙烯酸盐、引发剂的原料反应，得到所述水解型聚丙烯酰胺；
所述丙烯酰胺类化合物包括丙烯酰胺；
优选地，所述丙烯酸盐包括丙烯酸钠；
所述引发剂包括氧化剂、还原剂中的至少一种；
优选地，所述氧化剂包括过硫酸钾、偶氮二异丁腈中的至少一种；
所述还原剂包括亚硫酸氢钠。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述丙烯酸盐和所述丙烯酰胺的质量比为15～25：75～100；
所述引发剂与所述丙烯酰胺的质量比为0.1～0.5：75～100；
所述丙烯酸盐和所述丙烯酰胺的质量之和与所述原料的质量比为15～25：100。
5.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述丙烯酰胺类化合物还包括2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸盐；
优选地，所述2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸盐包括2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠；
优选地，所述2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸盐和所述丙烯酰胺的质量比为5～10：100。
6.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述原料还含有水。
7.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述反应的条件包括：隔热条件下，初始温度为0～30℃。
8.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述反应的条件包括：非活性气体条件下，pH值为7～13，反应时间为6～10h。
9.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述水解型聚丙烯酰胺通过以下步骤制备得到：
(S1)将含有丙烯酰胺、丙烯酸盐、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸盐和水的原料混合，得到混合物I；
(S2)调节所述混合物I的pH至7～13，加入引发剂，反应，得到所述水解型聚丙烯酰胺。
10.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述应用包括以下步骤：
将含有水解型聚丙烯酰胺、水泥基材料和水的原料进行水化反应；
优选地，所述水解型聚丙烯酰胺、所述水泥基材料和所述水的质量比为0.01～0.2：50～100：50；
优选地，所述水化反应的时间为72～120h。
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