一种氧化石墨烯基长侧链聚羧酸减水剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及减水剂加工技术领域，公开了一种氧化石墨烯基长侧链聚羧酸减水剂及其制备方法，其中氧化石墨烯基长侧链聚羧酸减水剂以质量份计包括氧化石墨烯0.1

【技术实现步骤摘要】
一种氧化石墨烯基长侧链聚羧酸减水剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及减水剂加工
，具体涉及一种氧化石墨烯基长侧链聚羧酸减水剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，纳米技术发展迅速，在化工、建材、生物等诸多领域都显示出了良好的应用前景。氧化石墨烯(简称GO)是一种石墨烯衍生物，由单层或多层褶皱的二维碳片组成，碳片表面或层间含有羟基、羧基等含氧官能团。水泥基材料的水化产物是纳米水化硅酸钙，添加氧化石墨烯可利用其自身的二维网格结构提高水泥基材料的韧性，并能控制水泥水化产物的结构，形成多尺度复合材料，从而进一步增强和增韧水泥基材料。
[0003]目前，已有研究人员利用氧化石墨烯对水泥水化过程进行调控，通过改善水泥浆体中水化产物形貌和数量，来提升水泥基材料性能，解决水泥基材料在使用过程中的抗折和抗压强度低、易开裂等问题。但是，大部分研究是基于氧化石墨烯与聚羧酸减水剂物理混合的研究，采用化学反应的方法将氧化石墨烯接枝至聚醚大单体上，并增加聚醚单体的支链长度，以此合成聚羧酸减水剂的研究较少，有鉴于此，本专利技术提供一种氧化石墨烯基长侧链聚羧酸减水剂的方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术意在提供一种氧化石墨烯基长侧链聚羧酸减水剂及其制备方法，以实现更好的减水性能和保坍性能，使混凝土不易产生泌水，且具有更高的抗压强度。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种氧化石墨烯基长侧链聚羧酸减水剂，以质量份计，包括氧化石墨烯0.1
‑
0.15份、羟基聚乙二醇琥珀酰亚胺酯3
‑
5份、分散剂5
‑
7份、催化剂0.03
‑
0.12份、100
‑
150份聚醚单体、10
‑
13份不饱和羧酸小单体、0.3
‑
0.8份分子量调节剂、0.8
‑
1.5份引发剂、0.1
‑
0.4份还原剂和碱液。
[0006]另一方面，本技术方案提供一种氧化石墨烯基长侧链聚羧酸减水剂的制备方法，包括如下步骤：
[0007]步骤一、氧化石墨烯/羟基聚乙二醇琥珀酰亚胺酯的制备：氧化石墨烯与羟基聚乙二醇琥珀酰亚胺酯在催化剂的作用下反应生成氧化石墨烯/羟基聚乙二醇琥珀酰亚胺酯；
[0008]步骤二、氧化石墨烯基长侧链聚醚的制备：利用步骤一获得的氧化石墨烯/羟基聚乙二醇琥珀酰亚胺酯在升温条件下与聚醚单体反应生成氧化石墨烯基聚醚；
[0009]步骤三、氧化石墨烯基长侧链聚羧酸减水剂的制备，方法如下：
[0010]S1：将氧化石墨烯基聚醚荣誉去离子水中，配成釜底液A；
[0011]S2：将不饱和羧酸小单体、分子量调节剂和去离子水混合，配成滴加液B料；
[0012]S3：将还原剂、去离子水混合，配成滴加液C料；
[0013]S4：向釜底液A中加入引发剂，而后匀速加入滴加B料和C料，滴加完成后保温并用碱溶液调节pH值至中性，即得氧化石墨烯基长侧链聚羧酸减水剂溶液。
[0014]优选的，作为一种改进，氧化石墨烯是含有羟基和羧基的二维碳纳米片；所述羟基聚乙二醇琥珀酰亚胺酯为羟基聚乙二醇琥珀酰亚胺乙酸酯、羟基聚乙二醇琥珀酰亚胺丙酸酯、羟基聚乙二醇琥珀酰亚胺戊二酸酯中的至少一种。
[0015]本技术方案中，含有羟基和羧基的二维碳纳米片用以下式（I）结构表示；羟基聚乙二醇琥珀酰亚胺酯的结构式如式（II）所示。
[0016]式（I）式（II）
[0017]其中，式（II）中，（a）为羟基聚乙二醇琥珀酰亚胺乙酸酯，（b）为羟基聚乙二醇琥珀酰亚胺丙酸酯，（c）为羟基聚乙二醇琥珀酰亚胺戊二酸酯。
[0018]优选的，作为一种改进，分散剂为N、N
‑
二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的至少一种；催化剂为对甲苯磺酸。
[0019]优选的，作为一种改进，聚醚单体为烯丙基聚乙二醇醚（APEG）、异丁烯基聚乙二醇醚（HPEG）、异戊烯基聚乙二醇醚（TPEG）中的至少一种。
[0020]优选的，作为一种改进，不饱和羧酸类小单体为马来酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸中的至少一种。
[0021]优选的，作为一种改进，分子量调节剂为次亚磷酸钠、巯基乙醇、巯基乙酸或巯基丙酸中的至少一种；引发剂为双氧水、过硫酸钠、过硫酸铵或过硫酸钾中的至少一种；还原剂为亚硫酸钠、亚硫酸钾、亚硫酸氢钠、维生素C、硫酸亚铁或吊白块中的至少一种。
[0022]优选的，作为一种改进，步骤一中，首先将氧化石墨烯加入到分散剂中，超声波分散形成氧化石墨烯分散液，而后加入催化剂及羟基聚乙二醇琥珀酰亚胺酯反应生成氧化石墨烯/羟基聚乙二醇琥珀酰亚胺酯。
[0023]优选的，作为一种改进，步骤二中，升温的温度为55
‑
65℃，反应时间为4
‑
6h。
[0024]优选的，作为一种改进，步骤三中，S4的A料滴加时间为2.5
‑
3.5小时，B料滴加时间为2.5
‑
4小时，滴加完成后保温1小时结束反应，用碱溶液调节pH值至中性即可。
[0025]本方案的原理及优点是：本技术方案中，摆脱了现有技术基于氧化石墨烯与聚羧酸减水剂物理混合的研究的技术限制，创造性的采用了将氧化石墨烯接枝至聚醚大单体上，并增加聚醚单体的支链长度，以此合成聚羧酸减水剂。在技术研发期间，氧化石墨烯/羟基聚乙二醇琥珀酰亚胺酯的制备方法、氧化石墨烯基长侧链聚醚的制备方法以及上述两个反应所需的原料选用是本技术方案的研发难点。专利技术人在研发期间通过使用羟基聚乙二醇琥珀酰亚胺酯与氧化石墨烯反应得到氧化石墨烯/羟基聚乙二醇琥珀酰亚胺酯，再通过其与聚醚单体反应生成氧化石墨烯基聚醚，获得了突出的优势效果，本技术方案与现有技术相比，具备如下优势：
[0026]1、本技术方案使用氧化石墨烯和羟基聚乙二醇琥珀酰亚胺酯反应，得到了氧化石
墨烯/羟基聚乙二醇琥珀酰亚胺酯，再进一步与聚醚大单体反应，能有效的将氧化石墨烯接枝至聚醚大单体上，以此得到一种石墨烯基聚羧酸减水剂，它可以依靠聚乙二醇的亲水效应和氧化石墨烯二维网格的疏水效应，在水泥颗粒表面形成亲水
‑
疏水层，可以增加水泥颗粒表面吸附层的厚度，改善水泥基材料的流动性和保持性能。
[0027]2、本技术方案通过氧化石墨烯/羟基聚乙二醇琥珀酰亚胺酯和聚醚反应得到一种长侧链聚醚，进一步得到的长侧链聚羧酸减水剂，它能在水泥颗粒上形成较厚的吸附层，固定更多的自由水分子，有利于减少混凝土的泌水现象。
[0028]3、本技术方案所得到氧化石墨烯基长侧链聚羧酸减水剂，一方面，石墨烯可在水泥水化产物表面发挥模板效应和晶核效应，从而调节水泥基复合材料的界面微观结构，提高水泥基材料的力学性能；另一方面，长链聚羧酸减水剂能促进水泥水化产物中C3A和C3S的水化，加速氢氧化钙和钙矾石的形成，从而促进强度的提高。
[0029]4、本技术方案本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯基长侧链聚羧酸减水剂，其特征在于：以质量份计，包括氧化石墨烯0.1
‑
0.15份、羟基聚乙二醇琥珀酰亚胺酯3
‑
5份、分散剂5
‑
7份、催化剂0.03
‑
0.12份、100
‑
150份聚醚单体、10
‑
13份不饱和羧酸小单体、0.3
‑
0.8份分子量调节剂、0.8
‑
1.5份引发剂、0.1
‑
0.4份还原剂和碱液。2.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯基长侧链聚羧酸减水剂，其特征在于：所述氧化石墨烯是含有羟基和羧基的二维碳纳米片；所述羟基聚乙二醇琥珀酰亚胺酯为羟基聚乙二醇琥珀酰亚胺乙酸酯、羟基聚乙二醇琥珀酰亚胺丙酸酯、羟基聚乙二醇琥珀酰亚胺戊二酸酯中的至少一种。3.根据权利要求2所述的一种氧化石墨烯基长侧链聚羧酸减水剂，其特征在于：所述分散剂为N、N
‑
二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的至少一种；催化剂为对甲苯磺酸。4.根据权利要求3所述的一种氧化石墨烯基长侧链聚羧酸减水剂，其特征在于：所述聚醚单体为烯丙基聚乙二醇醚（APEG）、异丁烯基聚乙二醇醚（HPEG）、异戊烯基聚乙二醇醚（TPEG）中的至少一种。5.根据权利要求4所述的一种氧化石墨烯基长侧链聚羧酸减水剂，其特征在于：所述不饱和羧酸类小单体为马来酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸中的至少一种。6.根据权利要求5所述的一种氧化石墨烯基长侧链聚羧酸减水剂，其特征在于：所述分子量调节剂为次亚磷酸钠、巯基乙醇、巯基乙酸或巯基丙酸中的至少一种；引发剂为双氧水、过硫酸钠、过硫酸铵或过硫酸钾中的至少一种；还原剂为亚硫酸钠、亚硫酸钾、亚硫酸氢钠、...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾珣，李寒剑，王远福，陈杰，方世昌，田应兵，
申请(专利权)人：贵州石博士科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：