一种高吸水高耐盐的淀粉基水泥基材料内养护剂及其制备方法及其应用

本发明属于建筑材料生产，具体涉及一种高吸水高耐盐的淀粉基水泥基材料内养护剂及其制备方法及其应用。

背景技术：

1、高吸水性聚合物(superabsorbent polymer，sap)是一种功能高分子材料，具有三维网状结构，与水接触后会膨胀，使其吸水量达到自身重量的成百上千倍。sap在农业园艺、医药卫生等各个领域都有广泛的应用。研究发现，在水泥基材料中引入sap具有减轻自收缩、改善流变特性和增强抗冻性等作用。目前，建筑材料领域的sap主要以聚丙烯酸钠(paa)和丙烯酸-丙烯酰胺共聚物(pam)为代表。然而，这些sap并不是专门为建筑材料开发的，实际应用时存在一些不足，例如在水泥滤液中的吸水率过低，而且水泥基材料的碱性环境降低了sap的吸水率，并在浆体塑性阶段过早解吸水分，降低了自收缩的缓解效果。同时石油基sap的主要原料是石油类衍生物-丙烯类化合物，价格昂贵，降解性能差。

2、与石油基sap相比，淀粉基sap在生物降解性、可再生性和低成本方面具有优势。淀粉是从植物中提取的天然生物聚合物，按来源可分为直链淀粉和支链淀粉。它也是最早用于合成改性天然聚合物以生产sap的原料之一。利用淀粉合成高吸水聚合物的发展较长，但目前存在一些问题。比如以丙烯酸或丙烯酰胺为亲水单体合成的淀粉基sap与石油基sap(paa、pam)在吸水性能上差距不大。其次针对sap的合成多以定性研究为主，缺乏对sap合成的定量设计。不论是石油基sap，还是生物基sap，均是以其在去离子水或者氯化钠溶液中吸水性能作为优劣标准，尚未提出针对水泥基材料进行内养护剂的设计，合成及应用。

技术实现思路

1、本发明要解决的问题是提高高吸水性聚合物的吸水性及耐盐性，提出一种高吸水高耐盐的淀粉基水泥基材料内养护剂及其制备方法及其应用。

2、为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

3、一种高吸水高耐盐的淀粉基水泥基材料内养护剂的制备方法，包括如下步骤：

4、s1.以亲水单体的质量为基础，按照质量比分别称量亲水单体、玉米淀粉、引发剂、交联剂、氢氧化钠，待用；

5、s2.将步骤s1称量好的玉米淀粉中加入一定质量的蒸馏水，混合均匀后加入四颈烧瓶，在氮气的保护下搅拌进行糊化反应，得到第一混合溶液；

6、s3.将步骤s1称量的引发剂中加入一定质量的蒸馏水，然后滴加到步骤s2得到的第一混合溶液中，静止一定时间进行引发反应，得到第二混合溶液；

7、s4.将步骤s1称量的亲水单体、氢氧化钠混合均匀后，加入一定质量的蒸馏水，得到亲水单体溶液，将步骤s1得到的交联剂加入一定质量的蒸馏水得到交联剂溶液；

8、s5.将步骤s4得到的亲水单体溶液滴加到步骤s3得到的第二混合溶液，然后再加入交联剂溶液，在氮气保护下搅拌进行聚合反应，反应后冷却至室温，得到反应产物；

9、s6.用去离子水洗涤步骤s5得到的反应产物中的透明凝胶，直到洗涤溶液变为中性，然后再用乙醇溶液浸泡、洗涤，得到粗产品；

10、s7.将步骤s6得到的粗产品在烘箱中干燥至恒重，然后用研磨机进行研磨，得到一种高吸水高耐盐的淀粉基水泥基材料内养护剂。

11、进一步的，步骤s1中的亲水单体分为酰胺类和磺酸类，酰胺类亲水单体包括丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、n-烷基丙烯酰胺、n,n-烷基丙烯酰胺、n-羟烷基丙烯酰胺中的一种，磺酸类磺酸类包括2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、乙烯磺酸、4-烯丙基苯磺酸中的一种；引发剂为复配引发体系的氧化还原类引发剂，包括过硫酸铵、过硫酸钾，硝酸铈铵、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠中的一种或几种；交联剂为酰胺类，交联剂包括n,n’-亚甲基双丙烯酰胺，n-羟甲基丙烯酰胺中的一种。

12、进一步的，步骤s1中的亲水单体为丙烯酰胺和2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸的混合物，引发剂为硝酸铈铵和过硫酸铵的混合物，交联剂为n,n'-亚甲基双丙烯酰胺；丙烯酰胺和2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸的质量比为3-5:1；亲水单体和玉米淀粉的质量比为5-7:1，亲水单体和引发剂的质量比为1:0.5％-1.5％，所述引发剂中硝酸铈铵和过硫酸铵的质量比为1:9，亲水单体和交联剂的质量比为1:0.05％-0.15％，所述亲水单体中2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸的和氢氧化钠的质量比为6.4-8.6:1。

13、进一步的，步骤s2中玉米淀粉和蒸馏水的质量比为1:12-20，糊化反应温度为80-85℃水浴条件，反应时间为1-1.5h。

14、进一步的，步骤s3中引发剂和蒸馏水的质量比为1:1-2，引发反应时间为15-20min。

15、进一步的，步骤s4中亲水单体和蒸馏水的质量比为1:1-4，交联剂和蒸馏水的质量比为1:1-2。

16、进一步的，步骤s5中亲水单体溶液滴加的时间为2h，加完单体后再加入交联剂溶液，聚合反应温度为60-80℃，聚合反应时间为2.5-3.5h。

17、进一步的，步骤s7烘箱中干燥温度为50℃，研磨机功率为100kw，研磨时间为2-3分钟，研磨后进行筛分。

18、一种高吸水高耐盐的淀粉基水泥基材料内养护剂的制备方法制备的一种高吸水高耐盐的淀粉基水泥基材料内养护剂，基于分子设计和水溶液聚合法合成。

19、一种高吸水高耐盐的淀粉基水泥基材料内养护剂的应用，应用于建筑领域。

20、本发明的有益效果：

21、本发明所述的一种高吸水高耐盐的淀粉基水泥基材料内养护剂的制备方法，基于聚合物吸水理论，通过分子设计和正交实验，定量和定性的合成了一种吸水充分、储水稳定、释水持久的淀粉基高吸水性聚合物(ssp)。合成ssp的最佳条件为丙烯酰胺:2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的质量比为4.5:1，引发剂和交联剂用量分别为单体质量的0.85％和0.15％，聚合温度为75℃。在此条件下，ssp在去离子水，水泥滤液中吸水率为1360g/g和97g/g，远高于paa(480g/g和20g/g)和pam(410g/g和50g/g)。将其加入到水泥浆体中时，与控制组相比，paa、pam和ssp的收缩应变减缓幅度分别为58.1％、29.7％和12.2％。与paa和pam相比，ssp具有较高的吸水率和较长的释水时间，能够有效减缓水泥浆体的自收缩，作为内养护剂更适合实际工程的应用。

22、本发明所述的一种高吸水高耐盐的淀粉基水泥基材料内养护剂，具有吸水率高、耐盐性强、保水率强、释水时间长的特点，可以有效减轻低水灰比水泥浆体中的自收缩。

技术特征：

1.一种高吸水高耐盐的淀粉基水泥基材料内养护剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高吸水高耐盐的淀粉基水泥基材料内养护剂的制备方法，其特征在于，步骤s1中的亲水单体分为酰胺类和磺酸类，酰胺类亲水单体包括丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、n-烷基丙烯酰胺、n,n-烷基丙烯酰胺、n-羟烷基丙烯酰胺中的一种，磺酸类磺酸类包括2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、乙烯磺酸、4-烯丙基苯磺酸中的一种；引发剂为复配引发体系的氧化还原类引发剂，包括过硫酸铵、过硫酸钾，硝酸铈铵、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠中的一种或几种；交联剂为酰胺类，交联剂包括n,n’-亚甲基双丙烯酰胺，n-羟甲基丙烯酰胺中的一种。

3.根据权利要求2所述的一种高吸水高耐盐的淀粉基水泥基材料内养护剂的制备方法，其特征在于，步骤s1中的亲水单体为丙烯酰胺和2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸的混合物，引发剂为硝酸铈铵和过硫酸铵的混合物，交联剂为n,n'-亚甲基双丙烯酰胺；丙烯酰胺和2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸的质量比为3-5:1；亲水单体和玉米淀粉的质量比为5-7:1，亲水单体和引发剂的质量比为1:0.5％-1.5％，所述引发剂中硝酸铈铵和过硫酸铵的质量比为1:9，亲水单体和交联剂的质量比为1:0.05％-0.15％，所述亲水单体中2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸的和氢氧化钠的质量比为6.4-8.6:1。

4.根据权利要求3所述的一种高吸水高耐盐的淀粉基水泥基材料内养护剂的制备方法，其特征在于，步骤s2中玉米淀粉和蒸馏水的质量比为1:12-20，糊化反应温度为80-85℃水浴条件，反应时间为1-1.5h。

5.根据权利要求4所述的一种高吸水高耐盐的淀粉基水泥基材料内养护剂的制备方法，其特征在于，步骤s3中引发剂和蒸馏水的质量比为1:1-2，引发反应时间为15-20min。

6.根据权利要求5所述的一种高吸水高耐盐的淀粉基水泥基材料内养护剂的制备方法，其特征在于，步骤s4中亲水单体和蒸馏水的质量比为1:1-4，交联剂和蒸馏水的质量比为1:1-2。

7.根据权利要求6所述的一种高吸水高耐盐的淀粉基水泥基材料内养护剂的制备方法，其特征在于，步骤s5中亲水单体溶液滴加的时间为2h，加完单体后再加入交联剂溶液，聚合反应温度为60-80℃，聚合反应时间为2.5-3.5h。

8.根据权利要求7所述的一种高吸水高耐盐的淀粉基水泥基材料内养护剂的制备方法，其特征在于，步骤s7烘箱中干燥温度为50℃，研磨机功率为100kw，研磨时间为2-3分钟，研磨后进行筛分。

9.根据权利要求1-8之一所述的一种高吸水高耐盐的淀粉基水泥基材料内养护剂的制备方法制备的一种高吸水高耐盐的淀粉基水泥基材料内养护剂，其特征在于，基于分子设计和水溶液聚合法合成。

10.一种高吸水高耐盐的淀粉基水泥基材料内养护剂的应用，其特征在于，用于建筑领域。

技术总结
一种高吸水高耐盐的淀粉基水泥基材料内养护剂及其制备方法及其应用，属于建筑材料生产技术领域。为提高高吸水性聚合物的吸水性及耐盐性，本发明以亲水单体的质量为基础，将玉米淀粉中加入一定质量的蒸馏水，在氮气的保护下搅拌进行糊化反应，然后滴加引发剂溶液进行引发反应，然后滴加亲水单体溶液、交联剂溶液在氮气保护下搅拌进行聚合反应，反应后冷却至室温，得到反应产物直到洗涤溶液变为中性，然后再用乙醇溶液浸泡、洗涤，得到粗产品在烘箱中干燥至恒重，然后用研磨机进行研磨，得到一种高吸水高耐盐的淀粉基水泥基材料内养护剂。本发明具有吸水率高、耐盐性强、保水率强、释水时间长的特点，可以有效减轻低水灰比水泥浆体中的自收缩。

技术研发人员：关新春,张建建,赵圣婴
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24