一种促溶剂和其制备方法及其在液体无碱速凝剂中的应用技术

本发明专利技术公开了一种促溶剂和其制备方法及其在液体无碱速凝剂中的应用，所述促溶剂为一种有机无机杂化大分子，所述有机无机杂化分子中含有杂多酸、纤维素及二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）链段结构，其中杂多酸呈现笼状结构且具有骨架刚性的特点；有机无机杂化分子中的纤维素与DMDAAC二者通过共聚得到共聚物链段，该共聚物链段与杂多酸链段通过电荷组装最终形成有机无机杂化分子结构；解决了现有无碱速凝剂稳定性差，铝含量低且会导致混凝土后期强度差等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种促溶剂和其制备方法及其在液体无碱速凝剂中的应用
本专利技术属于混凝土外加剂
，特别涉及一种促溶剂和其制备方法及其在液体无碱速凝剂中的应用。
技术介绍
速凝剂是喷射混凝土必不可少的组分，其作用为使混凝土在较短的时间内凝结，加速水化，短时间内形成足够的强度，保证特殊施工的要求。目前广泛应用于道路抢修、矿井加固、隧道支护、城市防水等工程中，在国家基础设施建设中发挥重要的作用。现有的速凝剂多为高碱性速凝剂，具有高腐蚀性、早期强度低及后期抗压强度比低、影响混凝土耐久性等缺点，因此目前发展的方向是无碱液体速凝剂，进而满足混凝土的各种工艺要求。以及，众所周知离子态的铝离子可有效提升抗压强度并能够缩短凝结时间，所以硫酸铝是无碱速凝剂的核心材料，但由于硫酸铝较低的溶解度，导致离子态铝离子较少，有效速凝组分变少。与此同时，无碱速凝剂中无机盐类组分较多，易出现分层离析等现象，严重影响无碱速凝剂产品的稳定性。无碱速凝剂起步时间较晚，技术发展不成熟，仍面临较多的问题，诸如储存期短、适应性差等问题，常温下产品仅在一个月内便会出现分层离析现象，为了达到速凝效果需大幅提升速凝剂掺量，进而提高成本，因此无碱速凝剂的研发越来越受到重视。专利号CN108147695A“一种液体无碱速凝剂及其合成方法”，公开了一种液体无碱速凝剂及其制备方法。所述制备方法包括将硫酸铝、粒径≤150nm的纳米氢氧化铝粉末和粒径≤150nm的纳米硅酸粉末为主要有效成分，以粒径≤150nm的纳米二氧化硅粉末、分子量为25000～40000的聚乙二醇以及聚羧酸盐减水剂为辅料混合而制得。文中仅使用醇类或胺类聚氧乙烯醚作为增粘剂帮助提高纳米氢氧化铝、硅酸和二氧化硅粉末分散的稳定性，对今后长期分散稳定性有一定的影响。专利号CN106587704A“高适应性无碱速凝剂辅料的制备方法与流程”，采用聚合硫酸铝、硫酸镁、有机高分子聚合物等制备无碱速凝剂，但在配方中仍存在低含量的碱金属，依然存在风险。上述专利基本上多为无碱速凝剂的制备方法，可以看出目前无碱速凝剂样品的稳定性及适应性是各类专利中解决的难点之一。
技术实现思路
针对现有技术中无碱速凝剂稳定性差，铝含量低且后期强度差等特点，本专利技术提供了一种促溶剂和其制备方法及其在液体无碱速凝剂中的应用。所述促溶剂为一种有机无机杂化大分子，所述有机无机杂化分子中含有杂多酸、纤维素及二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)链段结构，其中杂多酸呈现笼状结构且具有骨架刚性的特点；有机无机杂化分子中的纤维素与DMDAAC二者通过共聚得到共聚物链段，该共聚物链段与杂多酸链段通过电荷组装最终形成有机无机杂化分子结构。所述促溶剂的制备方法为：纤维素与二甲基二烯丙基氯化铵在引发剂过硫酸钾的作用下在水相中通过自由基共聚反应得到中间体，该中间体与杂多酸在水相中通过电荷组装经过滤干燥后得到所述促溶剂。纤维素、二甲基二烯丙基氯化铵、引发剂和杂多酸之间的质量比为(1.5～3)：(25～50)：(1～3)：(25～150)；且所述纤维素与二甲基二烯丙基氯化铵质量比为0.6:10；所述纤维素为羟乙基纤维素，粘度为5000～7000mPa·s，市售；所述杂多酸为磷钼酸H3[PMo12O40]或者硅钼酸H4[SiMo12O40]。这两种杂多酸均已实现市售，其中[SiMo12O40]4-及[PMo12O40]3-阴离子基团能够与二甲基二烯丙基氯化铵的阳离子叔胺基团进行电荷组装。进一步的，所述促溶剂的具体制备工艺为：将纤维素、二甲基二烯丙基氯化铵、引发剂和水混均匀，得水相A；将杂多酸溶于水后混匀后得水相B；将水相A加热至50～75℃，聚合反应2～5h后得聚合物C，反应容器内温度降至25℃，接着加入水相B，加入pH调节剂，将此时溶液的pH调至6.5～7.5，混合均匀后，常温25℃条件下，搅拌12h～24h后，过滤干燥得到所述促溶剂。所述水相A由以下组分按质量百分比组成：所述聚合物C用通式(Ι)表示为式中n为二甲基二烯丙基氯化铵的平均重复单元数，n为100～500的整数。所述聚合物C由羟乙基纤维素与二甲基二烯丙基氯化铵自由基聚合反应得到，该自由基反应为常规的水体系自由基聚合反应，可以按照公开的专利或文献所述的方法制备。聚合物C数均分子量为100000～200000，聚合物的数均分子量采用高效凝胶色谱仪进行测定，其中阳离子叔胺基团提供正电荷与杂多酸进行电荷组装。所述促溶剂的制备方法中，所述水相A和水相B的质量比为1:1；杂多酸质量与二甲基二烯丙基氯化铵质量比为1:1～1.5；所述水相B滴加至水相A的滴加时间为30～60min。促溶剂的制备方法中，所述水相A和B混匀后所添加的以下组分按质量百分比组成：pH调节剂0.5～1％所述pH调节剂为二乙醇胺。所述促溶剂中含有杂多酸链段，其具有骨架刚性，且呈笼状结构等特点，该结构决定其可络合铝离子进入笼状结构，间接形成浓度差，促使硫酸铝的进一步溶解；促溶剂分子结构中还引入纤维素类链段，其可显著提高速凝剂的溶液粘度进而提升速凝剂的稳定性；促溶剂中所存在的二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)这一类易溶于水的链段，可与杂多酸链段进行电荷组装，保证整个体系的稳定性。后续体系内引入硅酸镁锂这类具有插层结构悬浮稳定触变剂，可进一步提升产品综合性能。亦即，本专利技术还提供了所述促溶剂的应用，用来制备无碱促凝剂，能促进硫酸铝的分散。本专利技术所述的无碱速凝剂，其组成包括硫酸铝、促溶剂和水；所述硫酸铝是工业品，又称之为十八水合硫酸铝。硫酸铝与促溶剂之间的质量比为(12～32.5)：1。所述无碱速凝剂，其组成还有：醇胺、触变剂，所述醇胺为二乙醇胺或三乙醇胺中的一种或几种的组合物；所述触变剂为硅酸镁锂的水溶液，其中硅酸镁锂的质量浓度为10％。所述的无碱速凝剂的各组成成分之间的质量比如下：本专利技术所述的无碱速凝剂的制备方法，步骤如下：将硫酸铝、促溶剂、醇胺、触变剂及水依次倒入并混匀，然后加热至60～85℃反应5～10h，冷却至室温即得有机无机杂化型无碱速凝剂。所述无碱速凝剂用于喷射混凝土领域中，其掺量为水泥用量的6～9wt％。本专利技术原理如下：(1)促溶剂分子结构中包含纤维素、DMDAAC及杂多酸这类笼状结构，值得注意的是促溶剂分子首先是由纤维素与DMDAAC共聚得到共聚物后再与杂多酸通过电荷组装而成。促溶剂分子利用杂多酸中笼状结构通过浓度扩散效应大量络合铝离子；利用纤维素链段通过网络结构进一步分散铝离子，提高可溶性铝离子浓度，显著提升无碱速凝剂中活性铝离子的含量。(2)纤维素及悬浮稳定触变剂的加入形成二元复合效应，进一步提高速凝剂的溶液粘度进而提升速凝剂的稳定性。本专利技术的有益效果如下：本专利技术利用有机无机杂化型促溶剂结构特点，通过浓度扩散效应及网络结构，提高硫酸铝的溶解度，显著提升体系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种促溶剂，其特征在于，为一种有机无机杂化大分子，所述有机无机杂化分子中含有杂多酸、纤维素及二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)链段结构，其中杂多酸呈现笼状结构且具有骨架刚性的特点；有机无机杂化分子中的纤维素与DMDAAC二者通过共聚得到共聚物链段，该共聚物链段与杂多酸链段通过电荷组装最终形成有机无机杂化分子结构；/n所述纤维素为羟乙基纤维素，粘度为5000～7000mPa·s；/n所述杂多酸为磷钼酸H

【技术特征摘要】
1.一种促溶剂，其特征在于，为一种有机无机杂化大分子，所述有机无机杂化分子中含有杂多酸、纤维素及二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)链段结构，其中杂多酸呈现笼状结构且具有骨架刚性的特点；有机无机杂化分子中的纤维素与DMDAAC二者通过共聚得到共聚物链段，该共聚物链段与杂多酸链段通过电荷组装最终形成有机无机杂化分子结构；
所述纤维素为羟乙基纤维素，粘度为5000～7000mPa·s；
所述杂多酸为磷钼酸H3[PMo12O40]或者硅钼酸H4[SiMo12O40]。


2.权利要求1所述的促溶剂的制备方法，其特征在于，纤维素与二甲基二烯丙基氯化铵在引发剂过硫酸钾的作用下在水相中通过自由基共聚反应得到中间体，该中间体与杂多酸在水相中通过电荷组装经过滤干燥后得到所述促溶剂；
纤维素、二甲基二烯丙基氯化铵、引发剂和杂多酸之间的质量比为(1.5～3)：(25～50)：(1～3)：(25～150)；且所述纤维素与二甲基二烯丙基氯化铵质量比为0.6:10。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述促溶剂的具体制备工艺为：
将纤维素、二甲基二烯丙基氯化铵、引发剂和水混均匀，得水相A；
将杂多酸溶于水后混匀后得水相B；
将水相A加热至50～75℃，聚合反应2～5h后得聚合物C，反应容器内温度降至25℃，
接着加入水相B，加入pH调节剂，将此时溶液的pH调至6.5～7.5，混合均匀后，常温25℃条件下，搅拌12h～24h后，过滤干燥得到所述促溶剂；
所述水相A由以下组分按质量百分比组成：
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【专利技术属性】
技术研发人员：张茜，张小磊，王伟，余鑫，于诚，乔敏，冉千平，
申请(专利权)人：江苏苏博特新材料股份有限公司，博特新材料泰州有限公司，新疆苏博特新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32