磺化淀粉_聚羧酸复合减水剂的制备与表征.docxVIP

-聚羧酸复合减水剂的制备与表征磺化淀粉曲烈1，郭磊2，刘洪丽1，黄剑峰1，李素1(1.天津城市建设学院，天津300384；2.天津建科天津建筑节能环境检测有限公司，天津300161)摘要：由于保护环境的原因，以天然高分子为原料来合成高效减水剂已经成为混凝土外加剂研究领域的新热点．本文研究了采用磺化糊精取代部分功能大单体来合成复合聚羧酸减水剂的方法．结果显示：当磺化糊精取代功能单体40%、复合聚羧酸减水剂掺量为0.5%时，水泥净浆的初始流动度达255mm，1h后其流动度仍为250mm．淀粉酸解后，增加亲水的羟基基团导致初期水化缓慢，而增加Zeta电位使水泥颗粒更易于分散．在复合减水剂中，长链Starch与短链的聚羧酸减水剂主链将被吸附于水泥颗粒表面上，交替发生静电与空间位阻作用，起到了增加减水率和降低缓凝的效果．关键词：磺化淀粉；聚羧酸减水剂；复合减水剂；取代；净浆流动度中图分类号：TU528.042.2文献标志码：A文章编号：1006-6853(2012)03-0210-04混凝土化学外加剂己被当作混凝土的第五组分得到广泛应用，尤其是减水剂的应用更为普遍．第三代高效减水剂——聚羧酸盐系减水剂是目前应用前景最好、综合性能最优的高效减水剂．聚羧酸系减水剂的主要原料为人工合成，其合成路线为先缩合后聚合，即先合成大单体，然后再进行聚合反应，但反应后存在许多有机溶剂无法处理，给环境保护造成了影响．因此，人们开始关注以天然高分子为原料合成高效减水剂的技术路线．种淀粉衍生物对水泥颗粒均具有良好的分散效果．戚红卷[2]和程发等[3]采用半干法制备了磺化淀粉减水剂，发现CISO3/Starch配比是产物的磺酸基取代度和反应效率的主要影响因素，反应温度和反应时间对反应效率的影响较小；而减水率与磺酸基取代度在一定范围内呈正的对应关系，且对水泥具有缓凝作用．严思明等[4]以可溶性淀粉为原料，二氯甲烷为溶剂，氯磺酸为磺化剂制得磺化淀粉，得出最佳的合成条件为：氯磺酸体积(mL)与淀粉质量(g)的配比为0.45，反应温度为20℃，反应时间为2h，合成的磺化淀粉在90～130℃范围内具有良好的缓凝效果，缓凝时间可调，稠化曲线理想，水泥石抗压强度可满足技术要求．石从黎[5]也用玉米淀粉制备出淀粉基缓凝减水剂(ST)，结果表明：磺化淀粉分子结构中有羟基和磺酸基两种阴离子作用基团，磺酸基取代度DS为0.32，ST的最大净浆流动度达到260mm，饱和点在0.6%～0.8％范围内；120min后损失较小，且水泥净浆初凝、终凝时间较长；磺化淀粉掺量较高时，早期强度较低，但28d强度却有所增长．Tegiacchi等[6]在其专利中称，聚多糖聚合度在100左右，烷基磺酸取代度在0.2～1.5范围内能提高砂浆的流动度．根据上述文献分析，磺化淀粉减水作用是由带同1研究背景采用天然高分子制备的减水剂有磺化木质素、磺化淀粉等产品．由于磺化木质素减水率较低，所以仅作为普通减水剂；而磺化淀粉减水率较高，但减水机理尚不清楚，且存在过度缓凝问题，因此需进一步研究．利用淀粉主分子链的疏水性，采用磺化、醚化、酯化等手段引入亲水性强的阴离子基团，可使淀粉具备减水剂的基本结构．张东方[1]发现，高磺酸基取代度的羧甲基淀粉、淀粉硫酸酯和淀粉丁二酸单酯这三收稿日期：2012-02-28；修订日期：2012-05-09基金项目：国家自然科学基金50972099)；天津市高等教育科技发展基金计划项目作者简介：曲烈（1958—），男，黑龙江安达人，天津城市建设学院副教授．材料科学与工程天津城市建设学院学报曲烈等：磺化淀粉-聚羧酸复合减水剂的制备与表征·211·种电荷的磺酸基团引起的，其缓凝作用可能与Starch分子量的大小及亲水羟基基团的多少有关．因磺化淀粉与聚羧酸系减水剂均属高效减水剂，如将其复合，可避免磺化淀粉过度缓凝，并可发挥两种减水剂的优势，但目前尚未见到此类研究的报道．本研究采用磺化淀粉取代部分聚羧酸系减水剂功能单体来合成复合减水剂，测定掺复合减水剂水泥净浆的流动度，并通过红外光谱分析判断复合减水剂中羟基、羧基、磺酸基团吸收峰的变化情况，从而确定其分子结构特征，同时分析其减水机理．发剂)为化学纯，均系天津大学科威公司提供；42.5强度等级普通硅酸盐水泥为天津振兴水泥厂生产．2.2试验仪器与方法试验所用仪器为DK-98-1型电热恒温水浴锅(天津泰新特仪器有限公司)，FA1004型电子天平(上海良平仪器仪表有限公司)，DH-101型干燥箱(天津中环实验电炉有限公司)，NJ-160B水泥净浆搅拌机(无锡市建筑材料机械厂)，65mm×75mm×40mm不锈钢截锥圆模，Paragon-1000型傅里叶红外光谱仪(美国PE公司)．实验室温度为(20±2)℃．由于聚羧酸高