本發(fā)明屬于水泥基復合材料領域，尤其涉及一種活性納米微球協(xié)同原位聚合增韌水泥基材料及其制備方法。

背景技術：

1、水泥基材料自身為多相多組分的脆性材料，通過聚合物改性可以改善水泥基材料的脆性。傳統(tǒng)的聚合物改性方法為將膠粉或者聚合物乳液引入中水泥基材料，其能在水泥水化過程中形成聚合物薄膜，并與水化產物形成三維網絡，從而達到改善水泥基材料脆性的目的。

2、原位聚合作為新興的聚合改性方法，對水泥基材料的抗折強度和韌性的提升遠高于傳統(tǒng)聚合物改性。但原位聚合對所用聚合組分有要求，單體、引發(fā)劑、交聯劑、促進劑都必須能溶解在水中或者親水，其中應用最為廣泛的交聯劑為n,n'-亞甲基雙丙烯酰胺，該交聯劑的優(yōu)點是能夠迅速且高效的將線性結構轉變?yōu)榱Ⅲw網絡結構，但是其本身分子鏈短且反應官能團少(n＝2)，無法對聚合物網絡進行有效的調控且自身有毒性，這極大的限制了在原位聚合增韌水泥基材料中的應用。因此開發(fā)新的交聯劑，對原位聚合增韌水泥基材料來說是一個亟待解決同時也是極具挑戰(zhàn)的熱點問題之一。

技術實現思路

1、為解決現有技術所存在的缺點和不足，本發(fā)明的目的在于提供一種活性納米微球協(xié)同原位聚合增韌水泥基材料及其制備方法。

2、本發(fā)明是這樣實現的，一種活性納米微球協(xié)同原位聚合增韌水泥基材料，該材料包括以下按質量份計各組分：80～100份水泥、1～5份活性納米微球、1～10份水溶性單體、0.1～0.5份水溶性引發(fā)劑、0.1～0.2份促進劑；

3、所述活性納米微球包括以下按質量份計各組分：80～100份油溶性單體，0.1～1份交聯劑，2～4份油溶性引發(fā)劑、40～60份助劑、10～30份分散劑、1～10份后處理劑。

4、優(yōu)選地，所述水泥的規(guī)格為325、425、525中的一種。

5、優(yōu)選地，所述水溶性單體選自丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺中的一種。

6、優(yōu)選地，所述水溶性引發(fā)劑選自過硫酸銨、過硫酸鉀中的一種。

7、優(yōu)選地，所述促進劑選自四甲基乙二胺、亞硫酸鈉中的一種。

8、優(yōu)選地，所述活性納米微球中，所述分散劑為硅溶膠，所述助劑為氯化鈉，所述油溶性單體選自丙烯酸類單體、苯乙烯類單體、丙烯酸酯類單體中的至少一種，所述油溶性引發(fā)劑為過氧化二苯甲酰，所述交聯劑為二乙烯基苯，所述后處理劑為乙烯基三乙氧基硅烷。

9、優(yōu)選地，所述油溶性單體包括苯乙烯、丙烯酸、丙烯丁酯、甲基丙烯酸縮水甘油酯、丙烯酸異丁酯。

10、優(yōu)選地，所述活性納米微球表面富含雙鍵、羧基和羥基。

11、本發(fā)明進一步公開了上述水泥基材料的制備方法，在方法包括以下步驟：

12、(1)將水泥、活性納米微球以及過硫酸銨混合均勻得到a料；

13、(2)將水、四甲基乙二胺以及丙烯酰胺混合均勻得到b料，其中，水灰比為0.5；

14、(3)將b料倒入a料中，攪拌均勻，得到活性納米微球協(xié)同原位聚合增韌水泥基材料。

15、優(yōu)選地，在步驟(1)中，所述活性納米微球的制備包括以下步驟：將分散劑和助劑溶于水中，將油溶性單體、油溶性引發(fā)劑以及交聯劑加入其中，預先分散30～60min；將分散液加入帶有機械攪拌和冷凝管三口燒瓶中，全程攪拌速度控制為300～750r/min，控制水浴溫度，逐漸升高至60～80℃，反應8～12h后，加入后后處理劑，反應2～4h，將所得乳液過濾、烘干、磨粉，得到活性納米微球。

16、優(yōu)選地，在步驟(2)中，水灰比為0.5。

17、本發(fā)明克服現有技術的不足，提供一種活性納米微球協(xié)同原位聚合增韌水泥基材料及其制備方法。本發(fā)明通過將水泥、活性納米微球以及過硫酸銨混合均勻得到a料；將水、四甲基乙二胺以及丙烯酰胺混合均勻得到b料；將b料倒入a料中，攪拌均勻，得到活性納米微球協(xié)同原位聚合增韌水泥基材料。在本發(fā)明中，活性納米微球采用懸浮聚合、經后處理制得，該活性納米微球自身結構和性質具有特殊性，其粒徑極小、含有雙鍵、羥基、羧基且具有剛性。在原位聚合開始時，活性納米微球表面含多個雙鍵，可作為化學交聯劑，使丙烯酰胺類通過原位聚合生成交聯網絡，此外活性納米微球表面富含羥基和羧基，可作為物理交聯劑，并誘導丙烯酰胺類單體在微球表面原位生成，進一步優(yōu)化聚合物結構。在聚合完成后，活性納米微球和原位生成的聚合物會形成具有剛性核層(納米微球)和柔性殼層(原位生成的聚合物)的核殼結構，核殼結構彼此之間通過原位聚合生成的線性高聚合物彼此相連，形成以核殼結構為物理和化學交聯點的三維網狀結構。此外，活性納米微球作為協(xié)同增韌的有機物，一方面作為雙交聯劑(物理交聯劑和化學交聯劑)，通過強弱兩種化學作用和原位生成的聚合物協(xié)同增韌，另一方面作為結構改善介質，改善原位生成的聚合物自身結構的缺陷，形成內層為剛性核層、外層為柔性殼層的核殼結構，聚合物自身韌性明顯提升，從而實現協(xié)同增韌。

18、相比于現有技術的缺點和不足，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明通過活性納米微球作為交聯劑和結構改善劑，協(xié)同原位聚合增韌，活性納米微球在改善交聯網絡的同時，會優(yōu)化聚合物結構，增韌效果更好，明顯提升了材料的抗折強度和壓折比。

技術特征：

1.一種活性納米微球協(xié)同原位聚合增韌水泥基材料，其特征在于，該材料包括以下按質量份計各組分：80～100份水泥、1～5份活性納米微球、1～10份水溶性單體、0.1～0.5份水溶性引發(fā)劑、0.1～0.2份促進劑；

2.如權利要求1所述的材料，其特征在于，所述水泥的規(guī)格為325、425、525中的一種。

3.如權利要求1所述的材料，其特征在于，所述水溶性單體選自丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺中的一種。

4.如權利要求1所述的材料，其特征在于，所述水溶性引發(fā)劑選自過硫酸銨、過硫酸鉀中的一種。

5.如權利要求1所述的材料，其特征在于，所述促進劑選自四甲基乙二胺、亞硫酸鈉中的一種。

6.如權利要求1所述的材料，其特征在于，所述活性納米微球中，所述分散劑為硅溶膠，所述助劑為氯化鈉，所述油溶性單體選自丙烯酸類單體、苯乙烯類單體、丙烯酸酯類單體中的至少一種，所述油溶性引發(fā)劑為過氧化二苯甲酰，所述交聯劑為二乙烯基苯，所述后處理劑為乙烯基三乙氧基硅烷。

7.如權利要求6所述的材料，其特征在于，所述油溶性單體包括苯乙烯、丙烯酸、丙烯丁酯、甲基丙烯酸縮水甘油酯、丙烯酸異丁酯。

8.如權利要求1所述的材料，其特征在于，所述活性納米微球的表面含有雙鍵、羧基、羥基。

9.權利要求1～8任一項所述水泥基材料的制備方法，其特征在于，在方法包括以下步驟：

技術總結
本發(fā)明公開了一種活性納米微球協(xié)同原位聚合增韌水泥基材料及其制備方法。本發(fā)明通過將水泥、活性納米微球以及過硫酸銨混合均勻得到A料；將水、四甲基乙二胺以及丙烯酰胺混合均勻得到B料；將B料倒入A料中，攪拌均勻，得到活性納米微球協(xié)同原位聚合增韌水泥基材料。本發(fā)明通過活性納米微球作為交聯劑和結構改善劑，協(xié)同原位聚合增韌，活性納米微球在改善交聯網絡的同時，會優(yōu)化聚合物結構，增韌效果更好，明顯提升了材料的抗折強度和壓折比。

技術研發(fā)人員：莫立武
受保護的技術使用者：南京依思博新材料科技有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/15