[发明专利]用作混凝土外加剂的聚合物插层钙铝水滑石及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于混凝土外加剂技术领域，特别提供了一种用作混凝土外加剂的聚合物插层钙铝水滑石及其制备方法，即聚合物阴离子插层水滑石用作混凝土早强减水剂及其制备方法。该聚合物插层水滑石适用于混凝土材料。

背景技术

聚羧酸类混凝土减水剂是由各种乙烯类单体经过共聚反应获得的一类梳状线形结构的水溶性高分子，聚羧酸类聚合物——称之为第三代新型聚合物减水剂。与木钙、萘系等传统减水剂相比，具有掺量低、减水率高(最高减水率可达45％)、对混凝土拌合物的流动性保持好、生产使用过程中无甲醛、环保无污染，并具有能充分发挥胶凝材料与骨料的界面强度等优点，其综合性能优异，是目前实现混凝土高性能、超高性能化的重要手段，成为减水剂的主要研究和重要发展方向。

聚羧酸类高效减水剂又称超塑化剂，可以显著减少新拌混凝土用水量、提高混凝土性能、延长混凝土的使用寿命；或在保持混凝土性能和使用寿命基本不变的基础上，还可以较大幅度地减少水泥用量。它是一种新型的高性能减水剂，一般应用于高强混凝土、高流动性混凝土、自密实混凝土等特种混凝土中。

聚丙烯酸钠(PAAS)是一种高效减水剂，其水溶性好，价格低廉，应用面广。根据相对分子质量大小的差异而具有不同的用途，可分为低相对分子质量(约1000～5000)，主要起分散作用；中高分子质量(约10⁴～10⁷)，主要做增稠剂和絮凝剂；超高分子质量(10⁷以上)，不再溶于水，在水中溶胀生成凝胶，主要用作吸水剂。对于超低相对分子质量(700以下)的聚丙烯酸钠盐的用途还未完全开发。聚丙烯酸钠在聚羧酸盐类中是非常重要且具有代表性的物质，其应用领域覆盖日用化学工业、农业、石油工业、工业循环水系统、矿业、涂料、造纸、纺织、建筑和医药卫生等行业。

将低分子量聚丙烯酸钠添加到水泥中，可以提高坍落度，或者在坍落度不变的情况下，减少水的用量，同时提高混凝土的强度。聚丙烯酸钠已经成为提高水泥性能的一种重要添加剂。

水滑石类化合物包括水滑石(Hydrotalcite)和类水滑石(Hydrotalcite-likecompound)，其主体一般由两种金属的氢氧化物构成，因此又称为层状双羟基复合金属氧化物(Layered Double Hydroxide，简写为LDH)。LDH的插层化合物称为插层水滑石。水滑石、类水滑石和插层水滑石统称为水滑石类插层材料(LDHs)。该类材料是一种具有独特结构特性的无机材料：如元素组成在较宽范围内的可调变性、晶粒尺寸及分布的可调控性以及层间插层阴离子种类的可设计性等，这类材料的诸多性能奠定其可能成为具有潜在应用前景的混凝土外加剂的基础。

聚合物插层水滑石文献中已经有大量报道。例如，聚氧乙烯插层LDHs、聚乙烯磺酸盐插层LDHs、聚丙烯磺酸盐插层LDHs、聚苯乙烯磺酸盐(PSS)插层LDHs等。法国的Laetitia Vieille等将乙烯基苯磺酸盐(VBS)、聚苯乙烯磺酸盐(PSS)等插入锌铝水滑石或钙铝水滑石层间，制备了M₂Al/VBS，M₂Al/PBS(M＝Zn²⁺，Ca²⁺)。德国的Johann Plank等将梳状聚羧酸盐插层到钙铝水滑石层间，制备了CaAl/PC。在上述文献中，虽然采用不同方法将聚合物插入水滑石层间。但是，要求的反应条件都比较高，在性能应用方面也没有过多的研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种用作混凝土外加剂的聚合物插层钙铝水滑石及其制备方法，解决了聚合物阴离子插层钙铝水滑石的制备与表征问题。

本发明提供的聚合物阴离子插层水滑石的制备方法是：将具有较好分散性的聚丙烯酸根插入到水滑石层间，即首先利用常见的类水滑石材料的制备方法如共沉淀法制备出粒径为纳米级或微米级的层状双羟基复合金属氧化物前体，然后通过调变pH值、反应温度等，制备插层产物。然后再改变插层物质的浓度及反应时间，考察最佳的插层条件。

本发明提供的用作混凝土早强减水剂的聚丙烯酸根插层钙铝水滑石，其化学通式是：

[Ca₂Al(OH)₆]_n·(CH₂CHCOO)_n·nmH₂O

其中，n为聚丙烯酸钠的聚合度，取值范围为5～800；m为结晶水数量，取值范围为0.5～10。

本发明的具体制备步骤如下：