一种膨润土-淀粉复合触变剂及其制备方法和应用与流程

本发明属于建筑材料，具体涉及一种膨润土-淀粉复合触变剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、在灰浆体系中，砂浆触变剂分为无机触变剂和有机触变剂两大类，常见的无机类触变剂有膨润土类、硫酸盐类、金属碳酸盐或混合金属氢氧化物等。

2、膨润土因其具有价格低廉、实用性广的优势，得到广泛的应用，但无机触变剂存在吸水易膨胀的特性，这种膨胀性是由于膨润土中的蒙脱石矿物具有层状结构，能够吸收大量水分并导致体积显著增加。首先，这一特性导致膨润土的储存环境要求较严苛，存放环境不佳或包装破损，产品存储易受潮或污染，导致膨润土的使用寿命会相应缩短。其次，吸水后体积可以膨胀至干物质的10～15倍，易导致墙体臌胀或变形。因此，膨润土的吸水膨胀性和储存难，使其在应用过程难以满足日益复杂的施工需求。

3、有机触变剂具有掺量小、触变性能好的特点，因此被广泛应用于多个工业领域。但有机触变剂存在价格昂贵、稳定性差缺点。目前市场上有多种有机类触变剂产品，但主要用于涂料类产品，用于水泥/石膏体系的较少，主要为大分子聚合物。

技术实现思路

1、基于现有触变剂的不足，为了克服现有的技术及经济性限制，本发明提供了一种膨润土-淀粉复合触变剂及其制备方法和应用，采用成本低廉、易得的膨润土与淀粉作为原料，首先通过化学方法调整膨润土和淀粉的结构和性质，然后将膨润土与淀粉通过特定接枝共聚的方式结合在一起。这一过程中，淀粉分子的活性基团与膨润土表面的羟基或其他活性位点发生化学反应，形成稳定的化学键合，不仅增强了膨润土与淀粉之间的相容性，还赋予了复合材料新的性能。

2、该膨润土-淀粉复合触变剂攻克了无机触变剂如膨润土掺量大、触变效果差，难以满足日益复杂的施工需求和有机触变剂掺量小，效果好但价格高的市场壁垒，综合上述两类触变剂的优点，具有更佳的触变性；还提高了流变性能和稳定性，满足了现代建筑工程中对高性能石膏砂浆的需求。同时复合触变剂的原料来源广泛，制备工艺简单，经济有效，在建筑材料领域有广阔的应用前景。

3、具体地，本发明提供以下技术方案：

4、一种膨润土-淀粉复合触变剂的制备方法，包括以下步骤：

5、(1)通过含碳碳双键的接枝剂与淀粉发生接枝反应，在淀粉上接枝碳碳双键，得到接枝改性的淀粉；

6、(2)通过醚化剂和接枝改性的淀粉上的碳碳双键发生反应形成醚键，在淀粉的碳碳双键上接枝醚基基团，得到改性醚化淀粉；

7、(3)通过将聚羧酸减水剂(pce)、聚乙二醇(peg)与膨润土分散于水中进行混合，使聚羧酸减水剂、聚乙二醇吸附于膨润土表面及层间，得到改性膨润土；

8、(4)将改性醚化淀粉、改性膨润土、交联剂、引发剂、ph调节剂加入水中，使其发生接枝共聚反应(可参见图1)，得到膨润土-淀粉复合触变剂。

9、本发明对淀粉的种类无特殊限制，可以为玉米淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉、甘薯淀粉、稻米淀粉、糯米淀粉、小麦淀粉或大米淀粉等。

10、作为优选，步骤(1)中，所述淀粉的粒径为10-50μm，更小的粒径，可以获得更大的比表面积，更有利于淀粉改性及有利于后续接枝反应的均匀性和效率。

11、作为优选，步骤(1)中，所述淀粉为质量比1:0.7-1.3:0.7-1.3的玉米淀粉、小麦淀粉和高粱淀粉的混合物。研究发现，采用上述淀粉混合物，所得触变剂具有更优异的触变性效果。

12、作为优选，步骤(1)中，所述含碳碳双键的接枝剂为马来酸酐和丙烯酸的混合物；

13、以所述淀粉的质量计，所述马来酸酐的用量为10-20wt％，丙烯酸的用量为10-20wt％。

14、本发明采用上述组成及用量的接枝剂，所得改性淀粉醚反应活性更高。

15、作为优选，步骤(2)中，所述醚化剂选自环氧乙烷、环氧氯丙烷、烯丙基氯中的一种或两种以上。

16、作为优选，步骤(3)中，所述膨润土为纯度99wt％以上、粒径在200目到400目之间的的钠基膨润土。采用上述膨润土，可以确保其在反应过程中更好地被扩大层间距，使其表面有更多的羟基暴露。

17、作为优选，步骤(3)中，以所述膨润土的质量计，水的用量为25～35倍，所述聚羧酸减水剂的用量为0.5-1.5％，聚乙二醇的用量为2-4％。膨润土通过步骤(3)的改性预处理，打破膨润土表面的部分化学键，增大了膨润土的层间距，暴露出更多的羟基官能团，克服了膨润土接枝反应难的问题，提高其化学反应活性。

18、作为优选，步骤(4)中，以重量份计，所述改性醚化淀粉为15-30份，所述改性膨润土为15-30份，所述交联剂为10-15份、所述引发剂为3-6份。

19、作为优选，步骤(4)中，所述交联剂为不饱和二元羧酸；更优选为马来酸酐、顺丁烯二酸、富马酸、衣康酸中的一种或两种以上。不饱和二元羧酸作为接枝的桥梁，通过2个羧酸官能团分别将膨润土表面的羟基、淀粉链羟基进行接枝反应形成更稳定的化合物，该产物兼具膨润土与淀粉性能的同时，能够增强膨润土的吸附性能，提高淀粉的触变性能。

20、作为优选，步骤(4)中，所述引发剂选自过氧化氢、过硫酸钾、过硫酸铵中的一种或两种以上。

21、作为优选，步骤(4)中，所述接枝共聚反应是在ph为7～9的条件下进行。

22、本发明还提供一个采用上述制备方法制备得到的膨润土-淀粉复合触变剂。该复合触变剂为有机无机复合材料，结构式为bt-o-x-o-st，其中bt为改性膨润土，st为改性醚化淀粉，x为交联剂。

23、本发明还提供上述膨润土-淀粉复合触变剂在石膏抹灰砂浆中的应用。该膨润土-淀粉复合触变剂适用于石膏抹灰砂浆中，在保障石膏抹灰砂浆施工性能的同时，解决了膨润土存在的吸水膨胀性和储存难、以及有机触变剂存在的价格昂贵、稳定性差的缺点。

24、作为优选，所述改性聚醚减水剂的折固掺量不超过1％。

25、本发明提供了一种膨润土-淀粉复合触变剂及其制备方法和应用，其有益效果至少在于：

26、1)改善稳定性：接枝反应后的膨润土，由于淀粉的保水性能，其吸水率得到显著提升，从而改善膨润土吸水易膨胀的缺陷。通过接枝淀粉，膨润土的稳定性得到显著提高。淀粉分子的引入增加了材料的亲水性，使其在不同环境条件下都能保持较好的性能；

27、2)增强粘接强度和吸附力：通过接枝反应，淀粉的分子链与膨润土的结构相结合，增强了材料的内聚力和粘附力。这种增强的粘接强度和吸附力使得膨润土在吸水后更加稳定，不易流失，从而提高了其在工程应用中的可靠性；

28、3)降低成本：与有机触变剂相比，膨润土接枝淀粉的制造成本更低。这是因为淀粉是一种来源广泛、价格低廉的天然高分子化合物，与昂贵的有机触变剂相比具有显著的成本优势；

29、4)增强触变性：通过不饱和二元羧酸接枝化学反应实现淀粉与膨润土之间的高效且稳定化学键合，这种独特的键合方式赋予了触变剂优异的结构稳定性和触变性能。膨润土接枝淀粉结合了膨润土的吸水膨胀性和淀粉的分子链特性，从而展现出更优异的触变性。这种复合材料能够在剪切力作用下迅速降低稠度，便于施工，同时在撤除剪切力后又能迅速恢复稠度，保持稳定性；

30、5)优化环保性能：膨润土与淀粉的接枝反应可能有助于减少材料中有害物质的含量，提高环保性能。淀粉作为一种天然、可降解的高分子化合物，其使用有助于降低工程对环境的影响，符合当前绿色环保的理念；

31、综上所述，本发明制备的淀粉-膨润土复合触变剂在性能稳定性、制备过程精确控制、制备周期缩短以及成本效益等方面具有明显优势，同时采用化学键合技术、改性膨润土的应用、精确控制的制备工艺以及多功能性等特点，使得本发明在触变剂领域具有一定的创新性和竞争力。