一种用于分散微纳米粉的分散剂及其制备方法及应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及分散剂材料领域，尤其涉及一种用于分散微纳米粉的分散剂及其制备 方法及应用。
【背景技术】
[0002] 分散剂作为一种可提高和改善固体或液体物料分散性能的助剂被广泛用于各领 域。较多领域中需要制备含有颗粒粒径较小粉体的材料，例如含有微米粉体和/或纳米粉 体，因其粒径较小，性能好而被普遍使用。尤其对于纳米材料，其具有量子尺寸效应、小尺寸 效应、表面效应和宏观量子隧道效应，在催化性能、光电性能、磁电效应和热阻和熔点等方 面表现出优异的性能。因此，近年来利用纳米材料改性传统材料的研究越来越多，例如利用 纳米材料的增强性、增韧性、触变性和杀菌消毒等性能来改善传统的无机非金属材料、生物 基材料以及医用材料等。这些跨学科、跨领域的研究极大地激发了国内外广大科技工作者 的研究兴趣。
[0003] 但纳米颗粒由于粒径小，比表面积大，容易导致团聚，从而失去其具有的特殊功 能。严重阻碍了纳米材料的工业化应用；因此，现有技术中常通过机械搅拌、超声分散或添 加助剂的方法改善纳米材料在溶液中的分散效果。其中，机械搅拌简单易行，但缺点是停止 搅拌后纳米颗粒容易二次团聚;超声分散方法可以有效地分散纳米颗粒，使其在一定时间 内保持分散稳定性，但是这种方法在实际工程中的应用，过程复杂、成本过高，实施起来有 一定困难。
[0004] 通常也向含有纳米材料的物料中加入分散剂以改善纳米材料的分散性能，但传统 的分散剂性能较差，虽能维持纳米颗粒的分散稳定性，但分散保持时间有限，并且传统分散 剂的普适性能较差，终不能达到良好的分散稳定效果，抑制了微米粉体或纳米粉体的使用。 例如，研究人员贾莉斯研究了 CTAB、SDS、SDBS和CMC、PVP等几种分散剂，这些分散剂的使用 效果具有一定的针对性，如SDS分散剂只对Ti0 2-水纳米悬浮液有较好的分散稳定效果，CMC 只对石墨烯-水纳米悬浮液有较好的分散稳定效果，对其他纳米颗粒的分散效果及分散稳 定时间较差;将普通分散剂用于混凝土材料中，由于普通分散剂的分散稳定效果较差，导致 纳米或微米颗粒不能较好的均勾的分散并稳定于混凝土材料中，影响了混凝土材料的质 量；因此，现需研究开发一种可有效改善微米或纳米颗粒在混凝土材料中的分散稳定性的 分散剂。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明实施例提供了一种用于分散微纳米粉的分散剂及其制备方法及 应用，主要目的是解决微米粉体或纳米粉体在混凝土材料中分散性较差的问题。
[0006] 为达到上述目的，本发明主要提供了如下技术方案：
[0007] -方面，本发明实施例提供了一种用于分散微纳米粉的分散剂，其原料由如下质 量百分含量的组分组成： 阴离子单体 1%-8%， 阳尚子单体 0. 5%-4%， 非离子单体 25%-45%，
[0008] 引发剂 0,01%-1.5%， 还原剂 0. 01%-1%， 链转移剂 〇.01%-〇,51? 水 40%-70%。
[0009] 作为优选，所述分散剂的原料由如下质量百分含量的组分组成： 阴尚子单体 3%-5%，. 阳离子单体 1%-M, 非离子单体 30%-40%，
[0010] 引发剂 0.1%-0.4%， 还原剂 ：0. 1%-0. 4%, 链转移剂 0. 05%_0:. 1挪， 水 55%-65%。
[0011] 作为优选，所述阴离子单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、马来酸酐及衣康酸中 的至少一种。
[0012] 作为优选，所述阳离子单体为丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三 甲基氯化铵及甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱中的至少一种。
[0013] 作为优选，所述非离子单体为烯丙基聚氧乙烯醚、甲基烯丙基聚氧乙烯醚及异戊 烯醇聚氧乙烯醚中的至少一种。
[0014] 作为优选，所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钠或过氧化氢;所述还原剂为抗坏血 酸、亚硫酸钠或亚硫酸氢钠;所述链转移剂为巯基乙酸或巯基丙酸。
[0015] 作为优选，所述分散剂的固含量为30%-60% ;所述分散剂的pH值为5-7。
[0016]另一方面，本发明实施例提供了一种制备上述分散剂的方法，该方法包含以下步 骤：
[0017]按原料配方称取各原料;将非离子单体、引发剂和水混合得到第一混合物，将阴离 子单体、链转移剂和水混合得到第二混合物，将阳离子单体和水混合得到阳离子单体溶液， 将还原剂和水混合得到还原剂溶液；
[0018] 控制所述第一混合物的温度在25°C_50°C时，向所述第一混合物中分别滴加所述 第二混合物、所述阳离子单体溶液及所述还原剂溶液;所述第二混合物、所述阳离子单体溶 液及所述还原剂溶液滴加至所述第一混合物中需要2-4小时，滴加结束后得到第一反应物；
[0019] 控制所述第一反应物在温度为40°c-60°c下保温1-3小时，保温结束后得到初产 品；
[0020] 用氢氧化钠溶液调节所述初产品的pH值为5-7，pH值为5-7的初产品经过冷却后得 到分散剂。
[0021]作为优选，所述第一混合物的质量百分浓度为40%_60%，所述第二混合物的质量 百分浓度为20%_40%，所述阳离子单体溶液的质量百分浓度为10%-20%，所述还原剂溶 液的质量百分浓度为3%_8% ;
[0022]控制所述第一混合物的温度在30°C-40°C时，向所述第一混合物中滴加所述第二 混合物、所述阳离子单体溶液及所述还原剂溶液，所述第二混合物、所述阳离子单体溶液及 所述还原剂溶液滴加至所述第一混合物中需要2.5-3.5小时。
[0023]又一方面，本发明提供了上述分散剂在混凝土制备中的应用；所述混凝土的组成 物质包括纳米粉体;其中，所述纳米粉体为纳米二氧化娃、纳米碳酸妈、纳米氧化锌、纳米氧 化铝、碳纳米管、石墨烯及复合纳米粉体中的至少一种。
[0024] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0025] 本发明针对微米粉体或纳米粉体的粒径小，比表面积大，微米颗粒或纳米颗粒容 易团聚而导致其在混凝土材料中分散性较差的技术问题，通过合理设计分散剂的分子结 构，如采用阴离子单体、阳离子单体和非离子单体通过自由基发生共聚反应，得到的分散剂 结构上具有的阴、阳离子基团发挥静电斥力作用，增强了微米颗粒或纳米颗粒的初始分散 性，再通过分散剂长侧链的空间位阻斥力作用，使微米颗粒或纳米颗粒保持长时间的分散 稳定性；以及通过确定分散剂中各组分间合理的质量比例，组分的选择和组分比例的确定 这两个因素互相配合并协同作用，使微米粉体或纳米粉体在混凝土材料中能够快速均匀分 散，且分散稳定效果较好。
【具体实施方式】
[0026] 为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下以较 佳实施例，对依据本发明申请的【具体实施方式】、技术方案、特征及其功效，详细说明如后。下 述说明中的多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
[0027] 实施例1
[0028]以重量份计，按下述配方准备原料：1份丙烯酸，0.5份丙烯酰氧乙基三甲基氯化 铵，25份烯丙基聚氧乙烯醚，0.01份过硫酸铵，0.01份抗坏血酸，0.01份巯基乙酸，40份水； [0029]将1份丙烯酸、0.01份巯基乙酸和4份水混合得到第二混合物，将0.5份丙烯酰氧乙 基三甲基氯化铵和4.5份水混合得到丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵溶液，将0.01份抗坏血酸 和0.2份水混合得到抗坏血酸溶液；
[0030] 将25份烯丙基聚氧乙烯醚、0.01份过硫酸铵和31.3份水投入反应釜中，混合得到 第一混合物，控制上述第一混合物的