CN114835865A - 一种用于抑制黏土矿物层间吸附性能的抗泥牺牲剂及其制备方法 - Google Patents

一种用于抑制黏土矿物层间吸附性能的抗泥牺牲剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于抑制黏土矿物层间吸附性能的抗泥牺牲剂及其制备方法，以解决现有技术中的降滤失剂大多抗温性能差抗盐能力也差的技术问题。其制备包括下述重量份的原料：不饱和聚醚单体：60～100份；不饱和季铵盐单体：20～24份；主链刚柔性改性剂：3～7份；氧化剂：1份；链转移剂：1份；还原剂：1份；去离子水：370～410份。本发明提供的抗泥牺牲剂有着较强的抑制黏土矿物吸附性能的能力，且其合成成本较现有技术有大幅降低，更加有利于抗泥牺牲剂在混凝土制造领域和机制砂制造领域的广泛推广应用。

Description

一种用于抑制黏土矿物层间吸附性能的抗泥牺牲剂及其制备 方法
技术领域
本发明属于混凝土制造和机制砂制造技术领域，具体涉及一种用于抑制黏土矿物层间吸附性能的低聚物及其制备方法。
背景技术
随着混凝土技术的高速发展，混凝土在道路、桥梁、水坝及民用建筑等方面应用越发广泛，无论是国家项目还是民用项目对混凝土的需求均逐年上升。但是随着国家将可持续发展作为基本国策，对生态环境保护的重视日益增加，混凝土所需砂石材料的开采受到越来越多的限制。因此优质粗细骨料严重短缺，机制砂逐渐进入市场，导致混凝土中的含泥量越来越高。而含泥量增加导致混凝土中引入大量的膨润土、高岭土等能短时间迅速吸附聚羧酸减水剂的矿物，使初拌混凝土流动性、保坍性等性能严重损失而失去工作性能。因此减弱黏土对聚羧酸减水剂吸附成为了混凝土外加剂领域的研究热点。
目前工程上对于含泥量较高的骨料通常采用水洗骨料、超掺减水剂等方法来降低黏土对混凝土工作性能的影响，但这些措施要么增加混凝土的制造成本，要么可能增加工程问题风险。因此研发一种能够抑制黏土矿物对聚羧酸减水剂的层间吸附助剂是一种解决问题的方案，这种助剂称之为抗泥牺牲剂。
中国专利CN202111188579.5公开了一种支化抗泥牺牲剂及其制备方法，该专利使用不饱和季铵盐以及一种特殊的引发体系合成了一种具有支化结构的高分子聚合物，该聚合物对于抑制黏土矿物对聚羧酸减水剂的吸附具有较好的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于抑制黏土矿物层间吸附性能的抗泥牺牲剂及其制备方法，以解决现有技术中的降滤失剂，大多抗温性能差，抗盐能力也差的技术问题。
本发明的目的在于提供一种新方法合成用于抑制黏土矿物层间吸附性能的抗泥牺牲剂，这种牺牲剂能优先吸附于黏土矿物表面并占据其层间结构，减少黏土矿物对聚羧酸减水剂的吸附。本发明提供的新方法合成的抗泥牺牲剂不仅与中国专利CN202111188579.5中的抗泥牺牲剂有着相当的抑制黏土矿物吸附性能的能力，且其合成成本大幅降低，更加有利于抗泥牺牲剂在混凝土制造领域和机制砂制造领域的推广应用。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
本发明提供的一种用于抑制黏土矿物层间吸附性能的抗泥牺牲剂，其制备包括下述重量份的原料：
不饱和聚醚单体：60～100份；
不饱和季铵盐单体：20～24份；
主链刚柔性改性剂：3～7份；
氧化剂：1份；
链转移剂：1份；
还原剂：1份；
去离子水：370～410份。
进一步的，其制备包括下述重量份的原料：
不饱和聚醚单体：80份；
不饱和季铵盐单体：22份；
主链刚柔性改性剂：5份；
氧化剂：1份；
链转移剂：1份；
还原剂：1份；
去离子水：390份。
进一步的，所述的不饱和聚醚单体为烯丙基聚氧乙烯醚、4-羟丁基乙烯基聚氧乙烯醚、乙二醇单乙烯基聚乙二醇醚、甲基烯丙基聚氧乙烯醚、3-甲基-3-丁烯-1-聚氧乙烯醚中的一种或几种的组合。
进一步的，所述的不饱和季铵盐单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、二烯丙基二甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵中的一种或几种的组合。
进一步的，所述的主链刚柔性改性剂为苯乙烯、苯乙烯磺酸钠的一种或两种的组合。
进一步的，所述的氧化剂为过硫酸铵、过氧化氢、过氧化叔丁醇中的至少一种。
进一步的，所述的链转移剂为巯基乙醇、巯基乙酸、巯基丙酸、次磷酸钠、磷酸三钠中的至少一种。
进一步的，所述的还原剂为甲醛次硫酸氢钠、抗坏血酸、亚硫酸氢钠中的一种或几种的组合。
本发明提供的用于抑制黏土矿物层间吸附性能的抗泥牺牲剂的制备方法，包括下述步骤：
S1：称取不饱和聚醚单体和去离子水完全溶解并混合均匀，倒入烧瓶中，烧瓶固定于铁架台，烧瓶上方连接悬臂式搅拌器，下方置于恒温水浴锅中，一口插入温度传感器记录合成温度；
S2：称取不饱和季铵盐单体、主链刚柔性改性剂、氧化剂、链转移剂和去离子水混合均匀，配成A液；
S3：称取还原剂、去离子水混合均匀，配成B液；
S4：启动步骤S1中搅拌器和恒温水浴锅，保持10～80℃温度恒定，待温度恒定后将A液倒入S1中的三颈烧瓶，并搅拌5min使其混合均匀；将B液在一定时间内匀速地滴入步骤S1中的三颈烧瓶中，滴定时间为30～180min，开始水溶液自由基聚合反应，所述水溶液自由基聚合反应的时间控制通过自动滴加仪或者蠕动泵等仪器控制；
S5：待步骤S4中B液滴加完成后，继续保温搅拌，停止搅拌后将合成产品冷却至常温，而后用不同规格的纤维素透析袋分离出重均分子量不同区间的产物，即得所述抗泥牺牲剂。
进一步的，步骤S5中，所述保温搅拌时间为10～90min，所述纤维素透析袋规格重均分子量为500、1000、2000、3000、4000、5000、6000、8000g/mol。
基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：
(1)本发明提供的用于抑制黏土矿物层间吸附性能的抗泥牺牲剂及其制备方法，所合成的抗泥牺牲剂中含有的不饱和季铵盐，该功能单体含有的阳离子基团相比聚羧酸减水剂能更加快速地吸附在黏土矿物表面。所含有的不饱和聚醚单体能够占据黏土矿物的层间吸附位点，降低其吸附性能，防止其进一步吸附聚羧酸减水剂。
(2)本发明提供的用于抑制黏土矿物层间吸附性能的抗泥牺牲剂及其制备方法，所合成的抗泥牺牲剂可以用作机制砂改性添加剂，可以抑制机制砂的吸附性能，降低其亚甲蓝值。也可以用作混凝土减水剂的一种复配原料，增加减水剂对黏土的耐受性，在黏土矿物含量发生波动时减水剂的性能更加稳定，同时也可单独作为一种混凝土添加剂，在混凝土制备过程中根据骨料的亚甲蓝值情况进行添加，以改善混凝土工作性能。
上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
实施例1：
S1：用铁架台固定1000mL三颈烧瓶，使其底端浸没于恒温水浴锅中，调节水浴锅温度至15℃，在三颈烧瓶上装上温度传感器、电动搅拌机、插有滴定B液导管的橡皮塞；
S2：称取60重量份乙二醇单乙烯基聚乙二醇醚，220重量份去离子水倒入三颈烧瓶中，开启搅拌；
S3：称取13重量份甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、11重量份二烯丙基二甲基氯化铵、3重量份苯乙烯、1重量份过硫酸铵、1重量份次磷酸钠、150重量份去离子水配制成A液并搅拌均匀后加入三颈烧瓶中；
S4：称取1重量份抗坏血酸、40重量份去离子水配制成B液并搅拌均匀。当温度传感器稳定显示温度为15±1℃时，开始滴加B液， B液滴加时间为150min；
S5：待B液滴加完毕后继续保温搅拌60min，冷却至常温后用 3000和8000的纤维素透析袋分离样品，既得本实施例1的样品，编号为SCA-1。
实施例2：
S1：用铁架台固定1000mL三颈烧瓶，使其底端浸没于恒温水浴锅中，调节水浴锅温度至15℃，在三颈烧瓶上装上温度传感器、电动搅拌机、插有滴定B液导管的橡皮塞；
S2：称取80重量份甲基烯丙基聚氧乙烯醚，200重量份去离子水倒入三颈烧瓶中，开启搅拌；
S3：称取12重量份甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、10重量份二烯丙基二甲基氯化铵、5重量份苯乙烯、1重量份过硫酸铵、1重量份次磷酸钠、150重量份去离子水配制成A液并搅拌均匀后加入三颈烧瓶中；
S4：称取1重量份抗坏血酸、40重量份去离子水配制成B液并搅拌均匀。当温度传感器稳定显示温度为15±1℃时，开始滴加B液， B液滴加时间为150min；
S5：待B液滴加完毕后继续保温搅拌60min，冷却至常温后用 3000和8000的纤维素透析袋分离样品，既得本实施例2的样品，编号为SCA-2。
实施例3：
S1：用铁架台固定1000mL三颈烧瓶，使其底端浸没于恒温水浴锅中，调节水浴锅温度至15℃，在三颈烧瓶上装上温度传感器、电动搅拌机、插有滴定B液导管的橡皮塞；
S2：称取100重量份4-羟丁基乙烯基聚氧乙烯醚，180重量份去离子水倒入三颈烧瓶中，开启搅拌；
S3：称取11重量份甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、9重量份二烯丙基二甲基氯化铵、7重量份苯乙烯、1重量份过硫酸铵、1重量份次磷酸钠、150重量份去离子水配制成A液并搅拌均匀后加入三颈烧瓶中；
S4：称取1重量份抗坏血酸、40重量份去离子水配制成B液并搅拌均匀。当温度传感器稳定显示温度为15±1℃时，开始滴加B液， B液滴加时间为150min；
S5：待B液滴加完毕后继续保温搅拌60min，冷却至常温后用 3000和8000的纤维素透析袋分离样品，既得本实施例3的样品，编号为SCA-3。
按照GBT8077-2012《混凝土外加剂试验方法》对以上3个实施例所得样品及一款市售梳型聚羧酸减水剂样品(编号为PCE)复合使用，进行净浆流动度测试，水泥采用海螺水泥P·O42.5水泥，水灰比为 0.29，各样品均配制为5％质量分数的溶液并添加6g。膨润土添加量为水泥重量的1％，既297g水泥+3g膨润土。水泥净浆流动度测试结果见表1，PCE为市售无抗泥功能的梳型聚羧酸减水剂，SCA-1、SCA- 2、SCA-3分别为实施例1、实施例2、实施例3所合成的抗泥牺牲剂样品。
表1实施例净浆流动性能测试结果
Figure BDA0003694261780000071
从表1可以看出，添加少量的抗泥牺牲剂后，实施例中三个抗泥牺牲剂样品均使PCE含蒙脱土的净浆流动度有大幅的上升，初始流动度提高40mm以上，同时经时流动度相比不添加抗泥牺牲剂的也有大幅提升提高80mm以上。证明本发明所合成的抗泥牺牲剂在添加少量的情况下，能大幅提升聚羧酸减水剂的抗泥性能，增加在含黏土环境下水泥基材料的使用性能。
表2实施例对机制砂亚甲蓝值影响测试结果
Figure BDA0003694261780000072
Figure BDA0003694261780000081
按照GBT14684-2019《建设用砂》对以上3个实施例所得样品，测试其对机制砂亚甲蓝值影响，试验结果见表2。从试验结果可以看到，不加入抗泥牺牲剂样品的机制砂其亚甲蓝值为1.2mL/g，分别加入0.3g实施例制得的抗泥牺牲剂亚甲蓝值均降低至0.75mL/g。证明本发明所合成抗泥牺牲剂能够抑制黏土矿物的吸附性能，可用于机制砂制备工程中对机制砂进行改性。
以上各实施例中，如不饱和聚醚单体、不饱和季铵盐、主链刚柔性改性剂、氧化剂、还原剂、链转移剂等原料种类可根据需要在说明书发明内容所限定的范围内任意选择调整，B液滴定时间、温度、保温时间等也可根据需要在说明书发明内容限定的范围内任意调整。以上实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能够理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于抑制黏土矿物层间吸附性能的抗泥牺牲剂，其特征在于，其制备包括下述重量份的原料：
不饱和聚醚单体：60～100份；
不饱和季铵盐单体：20～24份；
主链刚柔性改性剂：3～7份；
氧化剂：1份；
链转移剂：1份；
还原剂：1份；
去离子水：370～410份。
2.根据权利要求1所述的用于抑制黏土矿物层间吸附性能的抗泥牺牲剂，其特征在于：其制备包括下述重量份的原料：
不饱和聚醚单体：80份；
不饱和季铵盐单体：22份；
主链刚柔性改性剂：5份；
氧化剂：1份；
链转移剂：1份；
还原剂：1份；
去离子水：390份。
3.根据权利要求1或2中所述的用于抑制黏土矿物层间吸附性能的抗泥牺牲剂，其特征在于：所述的不饱和聚醚单体为烯丙基聚氧乙烯醚、4-羟丁基乙烯基聚氧乙烯醚、乙二醇单乙烯基聚乙二醇醚、甲基烯丙基聚氧乙烯醚、3-甲基-3-丁烯-1-聚氧乙烯醚中的一种或几种的组合。
4.根据权利要求1或2中所述的用于抑制黏土矿物层间吸附性能的抗泥牺牲剂，其特征在于：所述的不饱和季铵盐单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、二烯丙基二甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵中的一种或几种的组合。
5.根据权利要求1或2中所述的用于抑制黏土矿物层间吸附性能的抗泥牺牲剂，其特征在于：所述的主链刚柔性改性剂为苯乙烯、苯乙烯磺酸钠的一种或两种的组合。
6.根据权利要求1或2中所述的用于抑制黏土矿物层间吸附性能的抗泥牺牲剂，其特征在于：所述的氧化剂为过硫酸铵、过氧化氢、过氧化叔丁醇中的至少一种。
7.根据权利要求1或2中所述的用于抑制黏土矿物层间吸附性能的抗泥牺牲剂，其特征在于：所述的链转移剂为巯基乙醇、巯基乙酸、巯基丙酸、次磷酸钠、磷酸三钠中的至少一种。
8.根据权利要求1或2中所述的用于抑制黏土矿物层间吸附性能的抗泥牺牲剂，其特征在于：所述的还原剂为甲醛次硫酸氢钠、抗坏血酸、亚硫酸氢钠中的一种或几种的组合。
9.根据权利要求1～8中任意一项所述的用于抑制黏土矿物层间吸附性能的抗泥牺牲剂的制备方法，其特征在于：包括下述步骤：
S1：称取不饱和聚醚单体和去离子水完全溶解并混合均匀，倒入三颈烧瓶中，烧瓶固定于铁架台，烧瓶上方连接悬臂式搅拌器，下方置于恒温水浴锅中，一口插入温度传感器记录合成温度；
S2：称取不饱和季铵盐单体、主链刚柔性改性剂、氧化剂、链转移剂和去离子水混合均匀，配成A液；
S3：称取还原剂、去离子水混合均匀，配成B液；
S4：启动步骤S1中搅拌器和恒温水浴锅，保持10～80℃温度恒定，待温度恒定后将A液倒入S1中的三颈烧瓶，并搅拌5min使其混合均匀；将B液在一定时间内匀速地滴入步骤S1中的三颈烧瓶中，滴定时间为30～180min，开始水溶液自由基聚合反应，所述水溶液自由基聚合反应的时间控制通过自动滴加仪或者蠕动泵等仪器控制；
S5：待步骤S4中B液滴加完成后，继续保温搅拌，停止搅拌后将合成产品冷却至常温，而后用不同规格的纤维素透析袋分离出重均分子量不同区间的产物，即得所述抗泥牺牲剂。
10.根据权利要求9中所述的用于抑制黏土矿物层间吸附性能的抗泥牺牲剂，其特征在于：步骤S5中，所述保温搅拌时间为10～90min，所述纤维素透析袋规格重均分子量为500、1000、2000、3000、4000、5000、6000、8000g/mol。
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