一種用于抗?jié)B砂漿的造紙黑液改性外加劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于抗?jié)B砂漿的造紙黑液改性外加劑及其制備方法和用途，該改性外加劑由造紙黑液、氧化劑、胺類改性劑、醛類改性劑、增效劑和水溶性高分子聚合物制備得到。本發(fā)明改性外加劑的特點是泡沫細(xì)膩均勻，泡徑小，能在砂漿中形成細(xì)小均勻的空隙，阻斷毛細(xì)管通道，顯著提高砂漿的抗?jié)B性能。本發(fā)明改性外加劑的特點還在于使用高級醇的乙醇溶液作為增效劑。高級醇可以與水分子形成氫鍵作用，吸附在泡沫液膜表面，提高液膜強度和剛度，使外加劑水溶液的泡沫更加細(xì)膩均勻，從而進一步提高硬化砂漿的抗?jié)B性能。
【專利說明】一種用于抗?jié)B砂漿的造紙黑液改性外加劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于建筑材料領(lǐng)域，具體涉及一種砂漿改性劑，特別涉及一種用于抗?jié)B砂漿的造紙黑液改性外加劑及其制備方法和用途。
【背景技術(shù)】
[0002]作為一種主要的建筑材料，砂漿在漫長的發(fā)展過程中始終被廣泛應(yīng)用于建筑物的各個部位，如:磚、石、砌塊的砌筑、裝配式結(jié)構(gòu)中大型墻體和各種構(gòu)件的接縫、磚墻的勾縫、裝飾工程中墻面、地面及梁柱結(jié)構(gòu)的抹面及鑲貼大理石、水磨石、貼面磚、瓷磚等。
[0003]砂漿的裂縫和滲水是建筑工程中非常普遍的現(xiàn)象，裂縫的發(fā)生和擴展，將會引起建筑物墻體滲漏和粉刷層脫落，進而導(dǎo)致內(nèi)層混凝土或砌體的碳化侵蝕，使后期建筑物的整體強度降低，危害建筑物的使用壽命，嚴(yán)重的將會引起建筑物使用功能喪失。房屋建筑的裂縫及滲漏不但給人民生活帶來不便，還給國家造成很大的經(jīng)濟損失。據(jù)統(tǒng)計，我國每年僅用于滲漏水維修的費用就在20億元以上。每年砂漿的使用量將達到7.5億m3。如果建筑砂漿具有抗裂防滲性能，將減少因砂漿開裂和滲漏而帶來的巨額維護與修復(fù)費用，節(jié)約大量的建設(shè)資金，因此砂漿對抗裂防滲的功能有較高的要求。
[0004]普通砂漿的抗?jié)B性能、抗裂性能較差，不能滿足砌塊砌體對砂漿性能的要求，從國內(nèi)外的研究來看，目前主要的解決辦法是通過外加組分或者助劑等材料進行改性，由此制得的主要抗?jié)B砂漿種類有:(1)聚合物砂漿，聚合物作為一種外加組分在水泥基膠凝材料中得到了廣泛的應(yīng)用， 包括聚合物乳膠、可再分散性聚合物粉末，其優(yōu)點是聚合物的加入可以改善或提高水泥砂漿和混凝土的強度、變形性能、粘結(jié)性、防水性和耐久性等性能。但是在傳統(tǒng)聚合物砂漿配制方法中，聚合物摻量(固體分)一般占水泥重量的5~15%，每方砂漿或混凝土的成本將增加數(shù)百元以至上千元；而且因為加入細(xì)分散有機聚合物會增加砂漿的氣孔率，所以必須引入消泡劑，以消除氣泡；同時，由于聚合物的親水性不夠，易產(chǎn)生泌水，往往需添加保水劑，從而使砂漿的成本更高，使得聚合物砂漿難以為廣大的建筑市場接受。(2)纖維增強砂漿，纖維應(yīng)用于水泥砂漿和混凝土中，由于其化學(xué)穩(wěn)定性好，能夠有效控制砂漿和混凝土由收縮而引起的裂縫問題，改善它們的抗裂、抗?jié)B性能，提高抗凍能力；同時具有摻加工藝簡單、價格低廉、施工方便等優(yōu)點，但由于其價格高，目前在市場上難以推廣。
[0005]中國發(fā)明專利CN102190467A公開了一種抗?jié)B抗裂干混砂漿的制備方法，主要成分為20~90%的水泥，2~40%的鋇礦，I~30%的濕法絹云母粉，0.05~5%的防水砂漿外加劑，O~5%的氧化鐵紅，以及0.01~5%的纖維。其主要特點是使用礦粉和纖維作為防水成分，以礦粉和纖維填充砂漿中的空隙，提高密實度，從而達到防水效果。
[0006]中國發(fā)明專利CN101362641A公開了一種防水砂漿的制備方法，該砂漿的主要成分為硫鋁酸鹽水泥、石英砂、膠粉、HPMC (羧丙基甲基纖維素)、木質(zhì)纖維、聚丙烯纖維、憎水劑。該砂漿的主要特點也是使用膠粉、HPMC、木質(zhì)纖維、聚丙烯纖維等填充砂漿空隙，降低孔隙率。[0007]中國發(fā)明專利CN102303963B公開了一種防水砂漿的制備方法，該砂漿的主要成分是16~50%水泥、46~80%中細(xì)砂、0.1~2%纖維素醚類高聚物、0.1-2%可再分散乳膠粉。該砂漿的主要特點是使用纖維素醚類高聚物、可再分散乳膠粉降低砂漿的孔隙率，提高密實度。
[0008]《Construction and Building Materials)) 2009 年 23 卷 10 期刊登的論文《Evaluation of capillary water absorption in rendering mortars made withpowdered waterproofing additives》也公布了硬脂酸鹽、油酸酯、硅烷、硅膠、疏水聚合物等防水添加劑對砂漿防水性能的影響。作者通過研究也揭示，在這幾種防水外加劑中，添加疏水聚合物對砂漿的防水抗?jié)B效果最佳。
[0009]由目前的技術(shù)可知，防水抗?jié)B砂漿主要是采用可再分散乳膠粉、疏水性高聚物纖維以及一些高聚物增稠劑填充砂漿中的空隙，提高砂漿密實度，達到防水效果。但是常用的可再分散乳膠粉和高聚物纖維均為不溶于水的原材料，在攪拌過程中容易團聚，難以與水泥、細(xì)骨料等混合均勻，導(dǎo)致不能達到理想的防水效果；另一方面，可再分散乳膠粉和高聚物纖維與水泥相容性不高，用量較大時，反而會降低砂漿的抗壓強度，從而損害砂漿的耐久性。
[0010]工程實踐表明，砂漿的滲透性主要由砂漿的孔隙率、孔徑分布，以及骨料一基體界面區(qū)的礦物組成等決定。其中，砂漿的孔隙率和孔徑分布是決定砂漿抗?jié)B性的關(guān)鍵因素。實驗表明，300A以上的大孔會損害砂漿的抗?jié)B性；但100A以下的小孔或者封閉的氣孔則會阻斷毛細(xì)管通道，有利于提高砂漿的抗?jié)B性 。因此降低砂漿的孔隙率，改善砂漿的孔徑分布，將達到提高砂漿抗?jié)B性的效果。
[0011]木質(zhì)素是自然界中含量僅次于纖維素的第二大生物質(zhì)資源，工業(yè)木質(zhì)素也是造紙工業(yè)的副產(chǎn)品?，F(xiàn)今，我國制漿工業(yè)以堿法制漿為主，由此也產(chǎn)生了大量含堿木質(zhì)素的制漿黑液副產(chǎn)物，年產(chǎn)量約占工業(yè)木質(zhì)素總量的90%以上。堿木質(zhì)素水溶性較差，僅溶解于強堿性溶液，嚴(yán)重限制了它的應(yīng)用。超過95%的堿木質(zhì)素通常被排掉或焚燒，不僅污染環(huán)境且浪費資源，很少得到有效利用。對工業(yè)木質(zhì)素的開發(fā)和利用具有巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。目前，僅有少量堿木質(zhì)素被改性用作混凝土普通減水劑。改性堿木質(zhì)素除了具有分散性，還具有一定的表面活性，起泡能力較強，具有改善混凝土砂漿抗?jié)B性的應(yīng)用前景。以造紙黑液為基本原料開發(fā)抗?jié)B砂漿外加劑，不僅克服原有抗?jié)B砂漿技術(shù)中使用的防水組分難以混合均勻，降低砂漿抗壓強度的缺點，而且擴大了堿木質(zhì)素的應(yīng)用范圍，減少工業(yè)木質(zhì)素對環(huán)境的污染，有效利用可再生的自然資源，具有重要的應(yīng)用價值和環(huán)境意義。目前關(guān)于造紙黑液改性制備抗?jié)B砂漿外加劑的研究尚未見報道。
[0012]針對堿木質(zhì)素改性的主要方法是磺化反應(yīng)。在堿木質(zhì)素中引入親水性的磺酸基，其主要目的之一是提高水溶性；其二是提高堿木質(zhì)素分子中的電荷密度，從而提高其對固體顆粒的吸附能力，使固體顆粒之間的靜電斥力增大，分散性增強。但磺化堿木質(zhì)素溶液的泡沫特點是發(fā)泡能力強，但泡徑較大、泡沫不均勻、穩(wěn)泡能力較差。因此簡單的磺化改性難以使堿木質(zhì)素滿足用作抗?jié)B砂漿外加劑的性能要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]為了克服磺酸基改性堿木質(zhì)素泡徑較大、泡沫不均勻、穩(wěn)泡能力較差等缺陷，本發(fā)明的首要目的在于提供一種用于抗?jié)B砂漿的造紙黑液改性外加劑，該外加劑以造紙黑液為原料，通過胺化反應(yīng)在造紙黑液中引入胺基。由于胺基和水分子可形成強的氫鍵作用，因此改性后造紙黑液的水溶液泡沫細(xì)膩均勻，穩(wěn)定性高。在砂漿中使用時可引入微小的、穩(wěn)定的氣泡，有效阻斷連通毛細(xì)管的通道，改善砂漿的微觀結(jié)構(gòu)，提高抗?jié)B性能。更為關(guān)鍵的是，本發(fā)明還利用造紙黑液本身含有的糖分和無機鹽，與增效劑、水溶性高聚物以適當(dāng)?shù)谋壤龔?fù)配，充分發(fā)揮糖分的緩凝作用和無機鹽的早強作用，并且增效劑與胺基改性造紙黑液、水分子之間以氫鍵相互結(jié)合，通過水溶性高聚物的保水作用和高分子鏈段之間的纏繞作用，更進一步地改善了硬化砂漿的空隙結(jié)構(gòu)和抗壓強度，達到了預(yù)想不到的結(jié)果。
[0014]本發(fā)明的另一目的在于提供上述外加劑的制備方法。
[0015]本發(fā)明的再一目的在于提供上述外加劑的用途。
[0016]本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):
[0017]一種用于抗?jié)B砂漿的造紙黑液改性外加劑，由以下重量份數(shù)的成分制備得到:
[0018]
【權(quán)利要求】
1.一種用于抗?jié)B砂漿的造紙黑液改性外加劑，其特征在于是由以下重量份數(shù)的成分制備得到:造紙黑液:100份氧化劑:3~20份胺類改性劑:15~30份醛類改性劑:10~30份增效劑:I~5份水溶性高分子聚合物:I~10份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于抗?jié)B砂漿的造紙黑液改性外加劑，其特征在于:所述的造紙黑液為楊木黑液、松木黑液、桉木黑液、麥草黑液或棉桿黑液中的一種以上；所述的造紙黑液，其質(zhì)量百分比濃度為20~50%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于抗?jié)B砂漿的造紙黑液改性外加劑，其特征在于:所述的氧化劑為過氧化氫、高錳酸鉀或硝酸中的一種以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于抗?jié)B砂漿的造紙黑液改性外加劑，其特征在于:所述的胺類改性劑為二甲胺、乙二胺或三乙烯四胺中的一種以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于抗?jié)B砂漿的造紙黑液改性外加劑，其特征在于:所述的醛類改性劑為甲醛、乙醛、乙二醛或丙醛中的一種以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于抗?jié)B砂漿的造`紙黑液改性外加劑，其特征在于:所述的增效劑為高級醇的乙醇溶液；所述的高級醇為正辛醇、正癸醇、月桂醇或正十四醇中的一種以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于抗?jié)B砂漿的造紙黑液改性外加劑，其特征在于:所述的水溶性高分子聚合物為羥甲基纖維素、羥乙基甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素或聚乙烯醇中的一種以上。
8.權(quán)利要求1-7任一項所述的用于抗?jié)B砂漿的造紙黑液改性外加劑的制備方法，其特征在于包括如下步驟: (1)調(diào)節(jié)造紙黑液的pH值至9~11，邊攪拌邊加熱至85~100°C，滴加氧化劑，保溫反應(yīng)I~3h ; (2)滴加胺類改性劑和醛類改性劑，繼續(xù)保溫反應(yīng)2~5h;加入增效劑和水溶性高分子聚合物，攪拌均勻，冷卻后即得用于抗?jié)B砂漿的造紙黑液改性外加劑。
9.權(quán)利要求1-7任一項所述的改性外加劑在配制抗?jié)B抹灰砂漿或砌筑砂漿中的應(yīng)用。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的改性外加劑在配制抗?jié)B抹灰砂漿或砌筑砂漿中的應(yīng)用，其特征在于:改性外加劑的干基摻量為膠凝材料質(zhì)量的0.2~0.5%。
【文檔編號】C04B24/38GK103755211SQ201310694609
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月16日
【發(fā)明者】邱學(xué)青, 鄭大鋒, 孫曉紅, 龐煜霞, 樓宏銘, 楊東杰 申請人:華南理工大學(xué)