一种新型高效环保减水剂及其制备方法
文献发布时间：2023-06-19 19:30:30
技术领域
本发明属于减水剂技术领域，具体是指一种新型高效环保减水剂及其制备方法。
背景技术
减水剂是混凝土的一种外加剂，可以改善混凝土的和易性，降低施工耗能，提高施工效率，在混凝土拌合物中添加减水剂，对水泥微颗粒有分散效果，优化水泥的工作性能，在保持混凝土塌落度不变的条件下，通过掺加减水剂可以大大减少混凝土拌合物的单位用水量，降低混凝土的水灰比，增强混凝土的强度和稳定性；或者在混凝土的和易性及强度不变的条件下，通过掺加减水剂可以减少单位水泥用量，节约水泥。
随着高性能混凝土和泵送混凝土的快速发展，高效减水剂的使用量也越来越大，因此，研发一种新型高效环保减水剂及其制备方法具有重要意义，而现有减水剂及其制备方法存在以下缺陷：
国内减水剂的使用起步较晚，与欧美发达国家相比仍有不小的差距；目前使用的减水剂存在高能耗高污染的问题，且生产成本较高，使得减水剂的制备要求受到很多限制；现有技术制备的减水剂会使混凝土流动度保持率较低，从而降低混凝土的利用率；对于利用不同生物基对减水剂进行改性的研究国内关注较少，亟待完善研究体系；目前制备的减水剂还存在耐久性差，抗渗性差，减水作用有限的问题，制备方法复杂，市场价值低。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种新型高效环保减水剂及其制备方法，为了解决现有减水剂会使混凝土流动度保持率较低、抗渗性、力学性能和耐久性差的问题，本发明通过制备改性植物纤维，将棉麻纤维中加入石墨烯化合物，使得棉麻纤维具有一定的亲水性、透气性以及吸附性，其表面粘附接枝了果酸钙，形成钙膜层，进一步提升了棉麻纤维的抗氧化性，同时提高了韧性，使力学性能提高；制备了改性磺化淀粉，减水率与磺酸基取代度在一定范围内呈正的对应关系，同时对水泥具有缓凝作用，而磺化淀粉的空间阻力占主要作用，导致分子量对性能产生影响，进一步改性处理，使淀粉降解，从而使分子链变短，粘度变低，减水效果表现为较好的流动性；加入了1-乙烯基-2-吡咯烷酮，可以改善流动性，其次，提高韧性与耐久性，进而促进减水剂的使用效果。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：本发明提供了一种新型高效环保减水剂，所述减水剂包括下述重量份配比的原料：
改性植物纤维：20～50份；
改性磺化淀粉：10～20份；
甲基丙烯磺酸钠：1～20份；
N-甲基顺丁烯二酸单酰胺：1～10份；
氨基苯磺酸：1～10份；
1-乙烯基-2-吡咯烷酮：1～10份；
甲基烯丙基聚氧乙烯醚：30～50份；
引发剂：1～5份；
消泡剂：1～5份。
优选地，所述减水剂包括下述重量份配比的原料：
改性植物纤维：30～40份；
改性磺化淀粉：12～16份；
甲基丙烯磺酸钠：5～15份；
N-甲基顺丁烯二酸单酰胺：3～7份；
氨基苯磺酸：4～8份；
1-乙烯基-2-吡咯烷酮：2～8份；
甲基烯丙基聚氧乙烯醚：36～45份；
引发剂：2～4份；
消泡剂：2～4份。
进一步地，所述改性植物纤维主要由下述重量份配比的原料制成：
石墨烯化合物：2～5份；
棉麻纤维：1～10份；
果酸钙：3～6份。
进一步地，所述石墨烯化合物为氧化石墨烯或石墨烷，所述棉麻纤维的成分为棉花和蓖麻。
进一步地，所述改性磺化淀粉是以可溶性淀粉为原料，二氯甲烷为溶剂，氯磺酸为磺化剂，按照质量比2:1:1制备，然后加入2g氧化锌进行接枝反应，所述接枝反应的温度为50℃，接枝反应时间为2h。
进一步地，所述引发剂为过硫酸铵，所述消泡剂为乳化硅油。
本发明还提出了一种新型高效环保减水剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：制备改性植物纤维和改性磺化淀粉；
步骤二：将所述步骤一的产物与其他原材料搅拌均匀，然后放入反应釜中加热，加热温度为100℃，反应2小时；
步骤三：向步骤二的产物中加碱中和，控制pH为7～9，得到新型高效环保减水剂。
采用上述方法本发明取得的有益效果如下：
（1）本发明通过制备改性植物纤维，将棉麻纤维中加入石墨烯化合物，使得棉麻纤维具有一定的亲水性、透气性以及吸附性，其表面粘附接枝了果酸钙，形成钙膜层，进一步提升了棉麻纤维的抗氧化性，同时提高了韧性，使力学性能提高；
（2）制备了改性磺化淀粉，减水率与磺酸基取代度在一定范围内呈正的对应关系，同时对水泥具有缓凝作用，而磺化淀粉的空间阻力占主要作用，导致分子量对性能产生影响，进一步改性处理，使淀粉降解，从而使分子链变短，粘度变低，减水效果表现为较好的流动性；
（3）加入了1-乙烯基-2-吡咯烷酮，可以改善流动性，其次，提高韧性与耐久性，进而促进减水剂的使用效果；
（4）此外，新型高效环保减水剂放入制备方法简单，成本低廉，可大量投产使用。
附图说明
图1为本发明中实施例2制备的一种新型高效环保减水剂的扫描电镜图。
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中，如无特别说明的原料或处理技术，则表明其均为本领域的常规市售原料或常规处理技术。
实施例1
本发明提供了一种新型高效环保减水剂，减水剂包括下述重量份配比的原料：
改性植物纤维：30份；
改性磺化淀粉：12份；
甲基丙烯磺酸钠：5份；
N-甲基顺丁烯二酸单酰胺：3份；
氨基苯磺酸：4份；
1-乙烯基-2-吡咯烷酮：2份；
甲基烯丙基聚氧乙烯醚：36份；
引发剂：3份；
消泡剂：3份。
其中，改性植物纤维主要由下述重量份配比的原料制成：
石墨烯化合物：2份；
棉麻纤维：4份；
果酸钙：5份。
其中，石墨烯化合物为氧化石墨烯或石墨烷，棉麻纤维的成分为棉花和蓖麻。
其中，改性磺化淀粉是以可溶性淀粉为原料，二氯甲烷为溶剂，氯磺酸为磺化剂，按照质量比2:1:1制备，然后加入2g氧化锌进行接枝反应，接枝反应的温度为50℃，接枝反应时间为2h。
其中，引发剂为过硫酸铵，消泡剂为乳化硅油。
本发明还提出了一种新型高效环保减水剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：制备改性植物纤维和改性磺化淀粉；
步骤二：将所述步骤一的产物与其他原材料搅拌均匀，然后放入反应釜中加热，加热温度为100℃，反应2小时；
步骤三：向步骤二的产物中加碱中和，控制pH为7～9，得到新型高效环保减水剂。
实施例2
本发明提供了一种新型高效环保减水剂，减水剂包括下述重量份配比的原料：
改性植物纤维：35份；
改性磺化淀粉：14份；
甲基丙烯磺酸钠：10份；
N-甲基顺丁烯二酸单酰胺：5份；
氨基苯磺酸：6份；
1-乙烯基-2-吡咯烷酮：5份；
甲基烯丙基聚氧乙烯醚：40份；
引发剂：3份；
消泡剂：3份。
其中，改性植物纤维主要由下述重量份配比的原料制成：
石墨烯化合物：4份；
棉麻纤维：7份；
果酸钙：5份。
其中，石墨烯化合物为氧化石墨烯或石墨烷，棉麻纤维的成分为棉花和蓖麻。
其中，改性磺化淀粉是以可溶性淀粉为原料，二氯甲烷为溶剂，氯磺酸为磺化剂，按照质量比2:1:1制备，然后加入2g氧化锌进行接枝反应，接枝反应的温度为50℃，接枝反应时间为2h。
其中，引发剂为过硫酸铵，消泡剂为乳化硅油。
实施例3
本发明提供了一种新型高效环保减水剂，减水剂包括下述重量份配比的原料：
改性植物纤维：40份；
改性磺化淀粉：16份；
甲基丙烯磺酸钠：15份；
N-甲基顺丁烯二酸单酰胺：7份；
氨基苯磺酸：8份；
1-乙烯基-2-吡咯烷酮：8份；
甲基烯丙基聚氧乙烯醚：45份；
引发剂：3份；
消泡剂：3份。
其中，改性植物纤维主要由下述重量份配比的原料制成：
石墨烯化合物：5份；
棉麻纤维：10份；
果酸钙：6份。
其中，石墨烯化合物为氧化石墨烯或石墨烷，棉麻纤维的成分为棉花和蓖麻。
其中，改性磺化淀粉是以可溶性淀粉为原料，二氯甲烷为溶剂，氯磺酸为磺化剂，按照质量比2:1:1制备，然后加入2g氧化锌进行接枝反应，接枝反应的温度为50℃，接枝反应时间为2h。
其中，引发剂为过硫酸铵，消泡剂为乳化硅油。
对比例1
本对比例提供一种新型高效环保减水剂及其制备方法，其与实施例1的区别仅在于组分中不包含改性植物纤维，将改性植物纤维减少量分摊至甲基烯丙基聚氧乙烯醚中，其余组分、组分含量与实施例1相同，制备方法参照实施例1。
性能测试
按照GB/T1040-92的标准，测试拉伸性能测试，在温度为80℃、湿度为95％的空调室内放置200h，然后测试其力学性能，减水率测试参考JGJ56-1984《混凝土减水剂质量标准和试验方法混凝土减水剂实验方法》的具体要求进行。
表1一种新型高效环保减水剂的性能
如图1和表1所示，本发明实施例中新型高效环保减水剂的拉伸强度和减水率显著高于对比例，说明本发明的新型高效环保减水剂有较好的的减水效果，解决了流动度较低、抗渗性、力学性能差的问题，可实现低成本大规模生产。
采用本发明提供的新型高效环保减水剂的制备方法，实施例2的拉伸强度和减水率最优，拉伸强度达到137Mpa，减水率达到19.9%，由此可知引入的材料需在一定的数量内，加入过多或者过少都会对性能产生影响，因此考虑新型高效环保减水剂的综合影响，本发明的新型高效环保减水剂既可以提高力学性能，又能提高减水效果，同时实现了绿色环保，成本低廉具有较高的市场价值。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的应用并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的实验方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。