[发明专利]一种提高混凝土抗弯拉强度的羧基丁苯胶乳的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用丁苯胶乳热法乳液聚合共轭二烯烃-苯乙烯共聚物的合成方法制备提高混凝土抗弯拉强度的羧基丁苯胶乳的合成方法。

背景技术

国外混凝土改性用丁苯胶乳的生产中，苯乙烯、丁二烯为聚合主单体，一元不饱和羧酸为第三功能单体，多数采用一次进料方式。采用的苯乙烯与丁二烯配比不同所形成的共聚物性能不同。如D623路面混凝土改性用胶乳，其苯乙烯与丁二烯的比为65∶35；B1603胶乳用于水泥基防水材料，其苯乙烯与丁二烯比30∶70。结合苯乙烯量高于60％，则胶乳在常温下固化成膜较慢，并形成硬树脂性质的膜。用于改性水泥砂浆时，苯乙烯含量为60-65％的胶乳综合性能良好。苯乙烯含量过高，虽然可以提高抗压与拉伸强度，但却降低了粘接性与弯曲性能。若用不饱和羧酸或不饱和羧酸酯来作为第三功能单体，其加入量相对于苯乙烯、丁二烯总用量的3-10％，即可制得羧基丁苯胶乳。乳化剂用量范围较宽，一般是1％-5％。目前趋向于采用低皂或无皂乳液法来进行聚合反应。例如近几年来，日本JSR公司已开发出含乳化剂量少提高甲乙酮装置丁烯利用率工艺技术开发或不含乳化剂且与混凝土掺混性好的混凝土改性用羧基丁苯胶乳。一般采用过硫酸盐热分解型引发剂进行聚合，聚合温度80-85℃，引发剂用量为0.15-1.0％。从国外专利看，制备混凝土及水泥砂浆用丁苯胶乳的合成技术主要有：①高温法。在中低皂复合乳化体系下，聚合反应温度78℃-85℃；②中温法。在高皂复合乳化体系下，聚合反应温度40℃-65℃；③低温法。在脂肪酸皂乳化体系下，聚合反应温度5℃-30℃，氧化-还原引发体系。国外相关专利主要特点是：通过选择适当的丁苯比以及其他功能单体，来控制聚合物的玻璃化温度。多采用一元不饱和羧酸作为第三功能单体，以使聚合物具有一定的化学反应性和亲水性能或其他特殊性能，。乳化体系采用阴离子乳化剂，用量较高，目前正在趋向于采用高分子乳化剂和可反应性乳化剂。引发体系多采用过硫酸盐热引发体系。聚合配方专利保护范围主要是乳化剂种类及用量、合成助剂种类及用量。美国专利介绍，使用丁苯胶乳与水泥等组分组成胶乳水泥体系，可有效防止水等流体的渗漏，该体系可用于建筑物中以及桥梁涵洞、隧道、道路等的防水。增加水泥体系的抗变形能力。提高胶乳水泥体系的粘接力等，指出聚合物的玻璃化温度与其应用性能有很大的关系，胶乳的粒径在100-250nm之间。日本专利介绍，在丁二烯和苯乙烯中加入含烷基苯磺酸类表面活性剂，少量的一元羧酸，硅烷偶合剂制成的阴离子胶乳加入水泥灰浆或混凝土中可提高其物理性能和加工性能。将共轭二烯烃类单体和其他单体以及不饱和羧酸类单体进行乳液聚合。所合成胶乳以5-30wt.％的比例加入水泥中，可使水泥流失量减少，粘合力增强。德国专利介绍了一种制备稳定的羧基丁苯胶乳(固体含量大于50％)的方法。得到的胶乳残余单体含量低，粒径大并且分布范围窄，结合羧酸含量高，起泡性低。产品用作混凝土或水泥砂浆改性剂。采用丁苯比为20～80/30～70，采用如H(CH₂)_d(OC₂H₄)_eSO₃X的特殊乳化剂，制得一种混凝土改性用的丁苯胶乳。国内在水泥改性方面主要采用氯丁胶乳、丙苯胶乳等橡胶乳液及环氧树脂胶，例如四川长寿化工总厂生产的氯丁橡胶可用于水泥改性，其技术指标为：总固物(％)≥48，pH≥11，相对密度≥1.1，粘度(MPa.s)≤40，硫化胶抗张强度(MPa)≥15，伸长率(％)≥800，结晶速度慢，胶乳储存期(15-25℃)为8个月以上；福建师范大学高分子研究所研制的YS-101胶乳用于水泥和木材、木材和木材的粘接，木材与混凝土界面的粘结强度(固化24小时，室温)为2.7MPa，室温条件下固化168小时粘结强度3.2MPa，95％湿度下处理72小时粘结强度2.9MPa。CN1106445A介绍使用单一阴离子乳化剂合成丁苯胶乳改性水泥砂浆。CN1208737A介绍了一种高稳定性羧基丁苯胶乳改性水泥砂浆的方法，主要用于饰面材料。以上技术采用的单体及助剂种类繁多，价格昂贵，不利于在国内推广应用。

发明内容

本发明的目的是采用普通乳液聚合的方法，减少单体及助剂种类及用量，合成出用于路面混凝土改性，提高路面使用寿命，减少路面基钣脆断，提高混凝土抗弯拉强度的羧基丁苯胶乳，路面混凝土中加入少量改性用丁苯胶乳可以对混凝土起到减水、增强和增韧的作用。

本目的是由如下方案实现的：

(1)合成组分按质量份配比如下：