【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纳米材料，具体涉及一种聚醚-sca试剂及其在有机无机杂化纳米纤维中的应用。
技术介绍
1、水泥混凝土为大型基础设施与城镇建设的发展做出了卓越的贡献，而这些大型基础建设往往伴随大型化、巨型化、工程环境的超复杂化等诸多问题，这就对混凝土材料提出了诸如高抗裂、高韧性、高耐久性等性能异于普通混凝土的要求。而传统的水泥基复合材料是不均匀的多孔脆性材料，当受到外部荷载作用时，应力首先在缺陷处集中，纳米裂纹在疏松堆积的水化产物处产生并逐渐扩展为微米裂纹，在持续的荷载作用下，微米裂纹不断扩展、合并，形成宏观裂纹，进而导致脆性断裂。孔与裂纹的存在不仅使强度降低，还会诱发渗透等问题，侵入的有害离子使耐久性降低，增加维护成本，缩短使用寿命。因而强化水泥基复合材料成为了当前的研究热点之一。
2、目前，研究者们试图通过添加增强材料的方法改善水泥基复合材料的脆性特质。研究表明，通过引入一些高韧性的材料，这其中纤维和聚合物乳液是研究比较多而且应用比较的两种材料。然而目前这两种材料都存在诸多问题。其中聚合物乳液主要通过在水泥基材料中成膜来提升混凝土材料的力学性能，因此往往需要比较高的掺量，这无疑会导致成本大幅上涨，此外，大量聚合物乳液的加入还会导致抗压强度的降低，这导致聚合物乳液的使用受到了极大的限制；而纤维在混凝土增韧主要依托于拔插效应来限制裂缝发展，导致纤维改性混凝土的性能与纤维的分散和取向有密切关系，因而纤维改性混凝土的稳定性比较难以控制，这些问题对纤维混凝土的应用造成了极大的限制。
3、纳米材料的出现无疑是一种新的
4、专利cn202011303352.6公开了一种掺杂碳纳米纤维的抗硫酸盐侵蚀的高强度混凝土及其制备方法。包括按质量百分比计的下述组分：硅酸盐水泥15-20％、细集料20-25％，粗集料15-20％，改性碳纳米纤维5-10％，聚羧酸减水剂1-3％，余量为水；先将硅酸盐水泥、细集料和粗集料加入搅拌机中搅拌均匀，然后加入聚羧酸减水剂和水，搅拌混合均匀，最后加入改性碳纳米纤维，搅拌混合均匀，即得。通过在混凝土添加经过改性的碳纳米纤维，不仅提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能，还提高混凝土的力学强度。但该掺杂碳纳米纤维的混凝土的工作性能大幅下降。
5、专利zl201911248970.2公开了一种改性纳米纤维素基固井水泥添加剂及其制备方法和应用，属于油田化学
本专利技术提供的改性纳米纤维素基固井水泥添加剂，由包括以下原料经聚合反应制备得到：水性单体溶液、纳米纤维素分散液和引发剂；所述水性单体溶液中的水性单体和纳米纤维素分散液中的纳米纤维素的质量比为(1:1)～(20:1)。本专利技术添加特定用量的水性单体通过聚合反应，对纳米纤维素颗粒表面进行改性，使改性后的纳米纤维素能够均匀分散于水泥浆体系中，通过封堵水泥颗粒之间的孔隙，增加了滤饼的致密性，有效降低了水泥浆的失水量；同时，纳米纤维素颗粒的增强增韧效应得到有效发挥，改善了水泥石的强度和韧性。该专利中提到的对纳米纤维素的改性主要是在单体的聚合过程中加入纤维素分散液，所得产物中纤维素和有机组分只是物理上的相互作用，各自发挥各自的左右，相互之间没有很好的协同。且专利中的添加剂作用主要体现在降低水泥浆失水量，对水泥的力学性能效果有限。
技术实现思路
1、针对现有技术的中的纳米材料改性水泥基材料的工作性能差以及纳米纤维材料在水泥基材料中分散性差等问题，本专利技术提供一种聚醚-sca试剂及其在有机无机杂化纳米纤维中的应用，该有机无机杂化纳米纤维可通过聚醚-sca试剂改性活化的无机纳米纤维得到；也可以硅烷改性的无机纳米纤维为主体，有机组分通过自由基聚合与无机组分表面的可聚合官能团相连接得到；由于纤维外部接枝的有机组分层产生的空间斥力克服了纳米纤维之间的范德华引力，可以很好的提高有机无机杂化纳米纤维在高碱高盐环境中的稳定性，解决纳米材料在水泥中的团聚不分散的问题，同时这种有机无机纳米纤维的加入可以在提升硬化水泥基材料的力学性能的同时小幅提升新拌水泥基材料的工作性能。
2、一种聚醚-sca试剂，上述聚醚-sca试剂通过硅烷偶联剂和聚醚大单体-raft试剂聚合得到，上述硅烷偶联剂与上述聚醚大单体-raft试剂的质量比为(0.01-0.2):1；
3、上述硅烷偶联剂结构中至少含有一个乙烯基，上述硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷(vtms)、乙烯基三乙氧基硅烷(vtes)、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(maptms)、甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷(maptes)、甲基丙烯酰氧基甲基三乙氧基硅烷(aaptes)、丙烯酰氧基甲基三甲氧基硅烷(aamtms)、丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(aaptms)中的任一种；
4、上述聚醚大单体-raft试剂通过单体a与链转移剂、引发剂、水可逆加成-断裂链转移聚合得到，上述单体a结构如通式(1)所示，
5、其中r1为h或者ch3，r2为h或者1～4个碳原子的烷基，ao为2～4个碳原子的氧化烯基或者两种以上的这种氧化烯基的混合物，n为ao的平均加成摩尔数，取值为10～53的整数；当均聚物分子的结构单元中ao为不同碳原子数的氧化烯基时，(ao)n为无规共聚或嵌段共聚结构；
6、上述链转移剂为水溶性4-氰基-4-(苯基硫代甲酰硫基)戊酸、巯基乙醇、巯基乙酸、巯基丙酸、巯基丙醇、次磷酸钠、磷酸三钠、cta1420或2-(苯基硫代甲酰硫基)丙酸中的至少一种，其总用量为单体a摩尔量的1/50～1/10。
7、上述引发剂是水溶性4，4'-偶氮双(4-氰基戊酸)、过硫酸铵、过硫酸铵-亚硫酸钠、过硫酸钾、双氧水-三乙醇胺或偶氮二异丁基脒盐酸盐中的至少一种，其用量为单体a摩尔量的1/500～1/100。
8、将单体a与链转移剂、引发剂、水充分混合后，在n2保护下进行可逆加成-断裂链转移聚合，其反应温度为60-75℃，反应时间为6-9h，透析除掉未反应的单体a以及小分子，得到聚醚大单体-raft试剂。
9、一种聚醚-sca试剂的制备方法，包括如下步骤：将聚醚大单体-raft试剂、硅烷偶联剂在n2保护下进行聚合反应，其反应温度为60-75℃，反应时间为3-9h，得到聚醚-sca试剂。
10、一种聚醚-sca试剂的应用，该聚醚-sca试剂用于活化的无机纳米纤维表面改性，获得一种有机无机杂化纳米纤维。该聚醚-sca试剂也可用于有机纳米纤维表面改性，获得一种有机杂化纤维，但是常见的有机纤维往往存在亲水性差或者在强碱环境下不稳定等问题。例如涤纶纤维，涤纶纤维亲水性较差且在强碱性环境下会出现皂解，这种不本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种聚醚-SCA试剂，其特征在于：所述聚醚-SCA试剂通过硅烷偶联剂和聚醚大单体-RAFT试剂聚合得到，所述硅烷偶联剂与所述聚醚大单体-RAFT试剂的质量比为(0.01-0.2):1；
2.根据权利要求1所述的一种聚醚-SCA试剂，其特征在于：所述引发剂为水溶性4，4'-偶氮双(4-氰基戊酸)、过硫酸铵、过硫酸铵-亚硫酸钠、过硫酸钾、双氧水-三乙醇胺或偶氮二异丁基脒盐酸盐中的至少一种，其用量为单体a摩尔量的1/500～1/100。
3.权利要求1-2任一项所述的一种聚醚-SCA试剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将聚醚大单体-RAFT试剂、硅烷偶联剂在N2保护下进行聚合反应，其反应温度为60-75℃，反应时间为3-9h，得到聚醚-SCA试剂。
4.一种有机无机杂化纳米纤维，其特征在于：所述有机无机杂化纳米纤维通过聚醚-SCA试剂上携带的硅氧烷基团与活化的无机纳米纤维表面的羟基接枝得到，所述聚醚-SCA试剂为权利要求1所述聚醚-SCA试剂或按照权利要求3所述制备方法制备的聚醚-SCA试剂。
5.根据权利要求4所述的一种有机无
6.权利要求4-5任一项所述的有机无机杂化纳米纤维的制备方法，其特征在于：将活化的无机纳米纤维通过超声均匀的分散在溶剂中，加入盐酸调节PH至3-5，再加入聚醚-SCA试剂，在50-70℃条件下搅拌1-3h；而后升温至70-90℃搅拌6-12h；反应结束后将分离出的纳米纤维洗净、干燥，即得到有机无机杂化纳米纤维；其中，活化的无机纳米纤维和聚醚-SCA试剂的质量比为1:(0.5-2)。
7.一种有机无机杂化纳米纤维，其特征在于：通过聚醚大单体-RAFT试剂与硅烷改性纳米纤维聚合反应得到；所述硅烷改性纳米纤维通过硅烷偶联剂对活化的无机纳米纤维进行硅烷改性得到；所述聚醚大单体-RAFT试剂为权利要求1中所述聚醚大单体-RAFT试剂，所述硅烷偶联剂为权利要求1中所述硅烷偶联剂，所述活化的无机纳米纤维为权利要求5中所述的活化的无机纳米纤维。
8.根据权利要求7所述的一种有机无机杂化纳米纤维，其特征在于，所述硅烷改性纳米纤维通过以下步骤得到：将活化的无机纳米纤维通过超声均匀的分散在溶剂中，加入硅烷偶联剂，加入盐酸调节PH至3-5，在50-65℃搅拌1-3h后，升温至70-90℃搅拌6-12h，反应结束后将分离出的纳米纤维洗净、干燥，得到硅烷改性纳米纤维；其中，溶剂为甲醇、乙醇、甲苯、水中的任一种，活化的无机纳米纤维和硅烷偶联剂的质量比为1:(0.01-0.3)。
9.权利要求7-8任一项所述的有机无机杂化纳米纤维的制备方法，其特征在于：将聚醚大单体-RAFT试剂和硅烷改性纳米纤维在N2保护下进行聚合反应，其反应温度为60-75℃，反应时间为6-12h，即得到有机无机杂化纳米纤维；其中，硅烷改性纳米纤维和聚醚大单体-RAFT的质量比为1:(0.5-2)。
10.权利要求4或7所述的有机无机杂化纳米纤维的应用，其特征在于：所述有机无机杂化纳米纤维掺量为总胶凝材料重量的0.1％-2％。
...【技术特征摘要】
1.一种聚醚-sca试剂，其特征在于：所述聚醚-sca试剂通过硅烷偶联剂和聚醚大单体-raft试剂聚合得到，所述硅烷偶联剂与所述聚醚大单体-raft试剂的质量比为(0.01-0.2):1；
2.根据权利要求1所述的一种聚醚-sca试剂，其特征在于：所述引发剂为水溶性4，4'-偶氮双(4-氰基戊酸)、过硫酸铵、过硫酸铵-亚硫酸钠、过硫酸钾、双氧水-三乙醇胺或偶氮二异丁基脒盐酸盐中的至少一种，其用量为单体a摩尔量的1/500～1/100。
3.权利要求1-2任一项所述的一种聚醚-sca试剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将聚醚大单体-raft试剂、硅烷偶联剂在n2保护下进行聚合反应，其反应温度为60-75℃，反应时间为3-9h，得到聚醚-sca试剂。
4.一种有机无机杂化纳米纤维，其特征在于：所述有机无机杂化纳米纤维通过聚醚-sca试剂上携带的硅氧烷基团与活化的无机纳米纤维表面的羟基接枝得到，所述聚醚-sca试剂为权利要求1所述聚醚-sca试剂或按照权利要求3所述制备方法制备的聚醚-sca试剂。
5.根据权利要求4所述的一种有机无机杂化纳米纤维，其特征在于：所述活化的无机纳米纤维通过以下步骤得到，首先将无机纳米纤维浸泡在盐酸或硝酸中，在60℃-90℃条件下加热5-10min后，使用氨水中和至中性，将无机纳米纤维分离出来并用去离子水洗涤分离出的无机纳米纤维，即得到活化的无机纳米纤维；其中，无机纳米纤维直径为50-200nm。
6.权利要求4-5任一项所述的有机无机杂化纳米纤维的制备方法，其特征在于：将活化的无机纳米纤维通过超声均匀的分散在溶剂中，加入盐酸调节ph至3-5，再加入聚醚-sca试...
【专利技术属性】
技术研发人员：李长城，舒鑫，冉千平，杨勇，陈磊，张倩倩，王涛，毛永琳，
申请(专利权)人：江苏苏博特新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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