阅读说明：本技术 一种核壳结构聚合物水泥改性剂、制备方法及水泥基材料 (Core-shell structure polymer cement modifier, preparation method and cement-based material ) 是由 陈建军 陈建春 叶家元 栾政斌 王宏霞 董刚 于 2020-07-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种核壳结构聚合物水泥改性剂、制备方法及水泥基材料,包括第一组分和第二组分；第一组分包括：苯乙烯,第一去离子水,乳化剂份,第一缓冲剂,第一引发剂；第二组分包括：种子乳液,第二去离子水,第二引发剂,丙烯酸丁酯第二缓冲剂。有益效果是水泥改性剂为乳液状态,乳液粒子的大小可控,粒径分布窄且易操作,重复性好,乳液粒子成膜温度较低,乳液粒子填充到水泥的孔洞中,可以在较宽的使用温度范围下凝聚成膜,对孔洞和裂缝起到封闭的作用,提高水泥的抗渗能力,提高水泥的耐久性；加入该水泥改性剂的水泥基材料流动性、保水性、粘结性、耐磨性、抗冻融性、防辐射性能以及力学强度和延伸性能较普通水泥都有显著提高。(The invention discloses a core-shell structure polymer cement modifier, a preparation method and a cement-based material, wherein the cement modifier comprises a first component and a second component; the first component comprises: styrene, first deionized water, an emulsifier part, a first buffering agent and a first initiator; the second component comprises: the emulsion comprises a seed emulsion, second deionized water, a second initiator and a butyl acrylate second buffering agent. The cement modifier is in an emulsion state, the size of emulsion particles is controllable, the particle size distribution is narrow and easy to operate, the repeatability is good, the film forming temperature of the emulsion particles is low, the emulsion particles are filled into holes of cement and can be condensed into a film in a wider using temperature range, the holes and cracks are sealed, the impermeability of the cement is improved, and the durability of the cement is improved; the cement-based material added with the cement modifier has obviously improved fluidity, water retention property, caking property, wear resistance, freeze-thaw resistance, radiation resistance, mechanical strength and extensibility compared with common cement.)

一种核壳结构聚合物水泥改性剂、制备方法及水泥基材料

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，尤其涉及一种核壳结构聚合物水泥改性剂、该核壳结构聚合物水泥改性剂的制备方法及含有该核壳结构聚合物水泥改性剂的水泥基材料及其制备方法。

背景技术

混凝土、水泥砂浆是世界范围内应用最广、用量最大的建筑材料。混凝土、水泥砂浆本质上是一种非均匀的多孔材料(大孔的直径大于1μm，毛细孔的直径在0.1～1.0μm之间，细孔的直径小于0.1μm)，在二氧化碳、水、氯离子、硫酸盐等外界侵蚀性介质侵蚀作用下，混凝土、水泥砂浆会被加速破坏，使用寿命大大缩短。提高混凝土、水泥砂浆耐久性能的主要措施是降低其渗透性，提高抗渗能力。现有技术中通常使用核壳结构聚合物水泥改性剂来提高混凝土、水泥砂浆的抗渗能力，核壳结构聚合物的粒子直径在0.1～1.0μm之间，将其加入到混凝土、水泥砂浆中，核壳结构聚合物的粒子可以填充混凝土、水泥砂浆的孔洞，在使用环境温度高于核壳结构聚合物乳液的最低成膜温度时，核壳结构聚合物乳液粒子就可凝聚成膜，对孔洞和裂缝起到封闭的作用。缺点是，现有的核壳结构聚合物水泥改性剂一般都是软核硬壳结构，核壳结构聚合物的成膜温度较高，在使用温度较高的环境中成膜较困难。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中核壳结构聚合物水泥改性剂都是软核硬壳结构，成膜温度高于使用环境温度，成膜较为困难的问题，本发明的目的在于提供一种核壳结构聚合物水泥改性剂、制备方法及水泥基材料，水泥改性剂为乳液状态，乳液粒子的大小可控，粒径分布窄且易操作，重复性好，乳液粒子最低成膜温度可达到为22℃，乳液粒子填充到水泥的孔洞中，可以在较宽的使用温度范围下凝聚成膜，对孔洞和裂缝起到封闭的作用，提高水泥的抗渗能力，提高水泥的耐久性；加入该水泥改性剂的水泥基材料流动性、保水性、粘结性、耐磨性、抗冻融性、防辐射性能以及力学强度和延伸性能较普通水泥都有显著提高。

2.技术方案

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种核壳结构聚合物水泥改性剂，其特点是包括第一组分和第二组分；按质量份数计，所述第一组分包括：苯乙烯20～30份，第一去离子水45～60份，乳化剂0.5～1.2份，第一缓冲剂0.05～1.5份，第一引发剂0.15～0.3份；所述第二组分包括：种子乳液45～55份，第二去离子水45～60份，第二引发剂0.15～0.3份，丙烯酸丁酯25～35份，第二缓冲剂0.04～ 0.08份。

在本发明一个具体的实施例中，所述乳化剂为十二烷基磺酸钠，其在第一组分聚合过程中起到乳化、增溶及分散的作用，对乳液聚合的稳定性和合成产物的性能起着至关重要的作用，可使乳胶粒子表面的电荷密度保持不变。

在本发明一个具体的实施例中，所述第一缓冲剂、第二缓冲剂为NaHCO₃，调节系统的pH 值，保持稳定性。

在本发明一个具体的实施例中，所述第一引发剂、第二引发剂为过硫酸钾，对乳液稳定性、反应速率及粒子形态有很大影响，可消除均相成核。

本发明的另一个目的在于提供一种上述核壳结构聚合物水泥改性剂的制备方法，其特点是包括如下步骤：

1)制备苯丙乳液中的“核”，即种子乳液；按所述配比准确称取苯乙烯、第一去离子水、乳化剂、第一缓冲剂、第一引发剂；在反应器中加入乳化剂、第一缓冲剂和第一去离子水，搅拌溶解；持续升温至70℃，添加苯乙烯，然后不停搅拌，将第一引发剂在10份水中溶解，在搅拌10min将第一引发剂加入，进行到1h关闭搅拌机，获得种子乳液；所述第一引发剂溶解使用的水为外加水；

2)制备苯丙乳液中的“壳”，即PS-g-PBA胶乳；按所述配比准确称取种子乳液、第二去离子水、第二引发剂、丙烯酸丁酯、第二缓冲剂，其中所述种子乳液是在步骤1)中所得；将第二缓冲剂在10份水中溶解，并与种子乳液混合，温度持续升温至70℃；将第二引发剂溶于10份水中，达到温度后混入，然后缓慢滴加丙烯酸丁酯，全部滴加后再反应1h，关闭搅拌机，获得苯丙乳液即PS-g-PBA胶乳；检测其聚合物固体含量；所述第二缓冲剂、第二引发剂溶解使用的水为外加水。

本发明的另一个目的在于提供一种含有核壳结构聚合物水泥改性剂的水泥基材料，其特点是按质量份数计包括：苯丙乳液1.5～3份，水泥25～35份，水7～15份，砂85～100份；所述苯丙乳液1.5～3份为核壳结构聚合物固体不计水分的质量份；所述水泥为普通硅酸盐水泥；所述砂为细砂、中砂、粗砂中的一种或几种；所述水为普通水。

一种含有核壳结构聚合物水泥改性剂的水泥基材料的制备方法如下：按所述配比准确称取苯丙乳液、水泥、水、砂；将水泥、水、砂、苯丙乳液混合后搅拌，获得含有核壳结构聚合物水泥改性剂的水泥基材料。

3.有益效果

本发明的有益效果是：核壳结构聚合物水泥改性剂即苯丙乳液是由种子乳液接枝聚合技术所得，该技术优点是可有效控制乳胶粒子的大小，所得聚合物乳胶粒子的粒径分布窄且易操作，重复性好，特别是易得到特殊的核壳结构产品；苯丙乳液为PS-g-PBA乳液，PS-g-PBA 乳胶粒子内层与外层存在接枝，核壳结构接枝共聚物比无规共聚物具有许多优异的性能，在原料组成完全相同的条件下，该乳液还可以显著改善水泥基材料的流动性、保水性、粘结性、耐磨性、抗冻融性、防辐射性能以及力学强度和延伸性能；PS-g-PBA乳液，属于软壳硬核结构，其最低成膜温度可达到22℃，因此在使用温度不高的情况下，苯丙乳液粒子可以凝聚成膜，对孔洞和裂缝起到封闭的作用；含有核壳结构聚合物水泥改性剂的水泥基材料是一种抗渗水泥，苯丙乳液粒子可以填充水泥中的孔洞，提高水泥的抗渗能力，因此有较好的耐久性；

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细的说明。

实施例1

一种含有核壳结构聚合物水泥改性剂(苯丙乳液)的水泥基材料，通过如下步骤制备得到：

1)苯丙乳液为PS-g-PBA胶乳，是一种核壳结构胶乳粒子，所述“核”(第一组分)以质量份计，包括以下组分：

上述的乳化剂为十二烷基磺酸钠。

上述的第一缓冲剂为NaHCO₃。

上述的第一引发剂为过硫酸钾。

上述的“核”，即种子乳液。按所述配比准确称取各原材料。在反应器中加入乳化剂、缓冲剂和水，搅拌溶解。持续升温至70℃，添加苯乙烯，然后不停搅拌，将引发剂在10份水中溶解，在搅拌10min将第一引发剂加入，进行到1h关闭搅拌机，获得种子乳液。

2)所述的“壳”(第二组分)以质量份计，包括以下组分：

上述的第二引发剂为过硫酸钾。

上述的第二缓冲剂为NaHCO₃。

上述的“壳”，即PS-g-PBA胶乳。按所述配比准确称取各原材料，其中50份的种子乳液是在上述步骤中所得。将缓冲剂在10份水中溶解，并与种子乳液混合，温度持续升温至70℃。将引发剂溶于10份水中，达到温度后混入，然后缓慢滴加丙烯酸丁酯，全部滴加后再反应 1h，关闭搅拌机，获得苯丙乳液即PS-g-PBA胶乳。检测其固含量。

3)所述的苯丙乳液水泥基材料，以质量份计，包括以下组分：

上述的苯丙乳液2份为所含PS-g-PBA固体的质量份，不计水分。

上述的水泥为P.042.5R硅酸盐水泥。

上述的砂为粗砂，过0.75cm的筛。

上述的苯丙乳液水泥基材料。按所述配比准确称取各原材料，其中2份的苯丙乳液是在上述步骤中所得，且2份为所含PS-g-PBA固体的质量份。将水泥、水、砂、苯丙乳液混合后搅拌，获得苯丙乳液水泥基材料。

实施例2

一种含有核壳结构聚合物水泥改性剂(苯丙乳液)的水泥基材料，通过如下步骤制备得到：

1)所述的苯丙乳液为PS-g-PBA胶乳，是一种核壳结构胶乳粒子。所述的“核”以质量份计，包括以下组分：

上述的乳化剂为十二烷基磺酸钠。

上述的第一缓冲剂为NaHCO₃。

上述的第一引发剂为过硫酸钾。

上述的“核”，即种子乳液。按所述配比准确称取各原材料。在反应器中加入乳化剂、缓冲剂和水，搅拌溶解。持续升温至70℃，添加苯乙烯，然后不停搅拌，将引发剂在10份水中溶解，在搅拌10min将第一引发剂加入，进行到1h关闭搅拌机，获得种子乳液。

2)所述的“壳”以质量份计，包括以下组分：

上述的第二引发剂为过硫酸钾。

上述的第二缓冲剂为NaHCO₃。

上述的“壳”，即PS-g-PBA胶乳。按所述配比准确称取各原材料，其中50份的种子乳液是在上述步骤中所得。将缓冲剂在10份水中溶解，并与种子乳液混合，温度持续升温至70℃。将引发剂溶于10份水中，达到温度后混入，然后缓慢滴加丙烯酸丁酯，全部滴加后再反应 1h，关闭搅拌机，获得苯丙乳液即PS-g-PBA胶乳。检测其固含量。

3)所述的苯丙乳液水泥基材料，以质量份计，包括以下组分：

上述的苯丙乳液2.5份为所含PS-g-PBA固体的质量份，不计水分。

上述的水泥为P.042.5R硅酸盐水泥。

上述的砂为粗砂，过0.75cm的筛。

上述的苯丙乳液水泥基材料。按所述配比准确称取各原材料，其中2.5份的苯丙乳液是在上述步骤中所得，且2.5份为所含PS-g-PBA固体的质量份。将水泥、水、砂、苯丙乳液混合后搅拌，获得苯丙乳液水泥基材料。

实施例3

一种含有核壳结构聚合物水泥改性剂(苯丙乳液)的水泥基材料，通过如下步骤制备得到：

1)所述的苯丙乳液为PS-g-PBA胶乳，是一种核壳结构胶乳粒子。所述的“核”以质量份计，包括以下组分：

上述的乳化剂为十二烷基磺酸钠。

上述的第一缓冲剂为NaHCO₃。

上述的第一引发剂为过硫酸钾。

上述的“核”，即种子乳液。按所述配比准确称取各原材料。在反应器中加入乳化剂、缓冲剂和水，搅拌溶解。持续升温至70℃，添加苯乙烯，然后不停搅拌，将引发剂在10份水中溶解，在搅拌10min将第一引发剂加入，进行到1h关闭搅拌机，获得种子乳液。

2)所述的“壳”以质量份计，包括以下组分：

上述的第二引发剂为过硫酸钾。

上述的第二缓冲剂为NaHCO₃。

上述的“壳”，即PS-g-PBA胶乳。按所述配比准确称取各原材料，其中50份的种子乳液是在上述步骤中所得。将缓冲剂在10份水中溶解，并与种子乳液混合，温度持续升温至70℃。将引发剂溶于10份水中，达到温度后混入，然后缓慢滴加丙烯酸丁酯，全部滴加后再反应 1h，关闭搅拌机，获得苯丙乳液即PS-g-PBA胶乳。检测其固含量。

3)所述的苯丙乳液水泥基材料，以质量份计，包括以下组分：

上述的苯丙乳液1.8份为所含PS-g-PBA固体的质量份，不计水分。

上述的水泥为P.042.5R硅酸盐水泥。

上述的砂为粗砂，过0.75cm的筛。

上述的苯丙乳液水泥基材料。按所述配比准确称取各原材料，其中1.8份的苯丙乳液是在上述步骤中所得，且1.8份为所含PS-g-PBA固体的质量份。将水泥、水、砂、苯丙乳液混合后搅拌，获得苯丙乳液水泥基材料。

将实施例1-3制备的砂浆取样进行流动度测试，另取样标准养护28d后进行抗渗性和抗折强度测试，所得测试结果如表1所示：

表1实施例1-3苯丙乳液水泥基材料性能测试结果

由表1可见，所述的苯丙乳液水泥基材料的流动度、抗渗等级、抗折强度都明显高于纯水泥砂浆。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明要求保护的范围，凡事利用本发明说明书所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明要求保护范围内。