第４２卷第ｌ６期 ２０１４年８月 广州化工 Ｖｏ１．４２ Ｎｏ．１６ Ａｕｇ．２０１４ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ 聚苯乙烯乳液改性水泥耐蚀性能的研究水 牛少杰，李威威，孟媛媛，张新 （滨州学院化学工程系，山东 滨州 ２５６６０３） 摘 要：分别在温度和乳化剂浓度不同的条件下合成了聚苯乙烯乳液，然后在水泥中掺入一定比例的聚苯乙烯乳液得到了 聚合物改性水泥，研究了聚苯乙乳液合成温度、乳化剂浓度和掺入比例对改性水泥抗硫酸盐腐蚀性能的影响。结果表明：加入适 量的聚苯乙烯乳液可以有效提高水泥的抗硫酸盐腐蚀性能；提高聚合温度和乳化剂浓度可以使聚苯乙烯乳液粒径减小，有利于提 高水泥的耐腐蚀性。 关键词：聚苯乙烯乳液；硫酸盐；腐蚀 中图分类号：ＴＵ５２８．３ｌ 文献标志码：Ａ 文章编号：ｔＯ０１—９６７７（２０１４）０１６—００５４—０２ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ａｎｔｉ——Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｃｅｍｅｎｔ Ｍｏｄｉｉｅｄ ｆｂｙ Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ Ｅｍｕｌｓｉｏｎ ＮＩＵ Ｓｈａｏ—ｆｉｅ，ＬＩ Ｗｅｉ—ｗｅｉ，ＭＥＮＧ Ｙｕａｎ—ｙｕａｎ，ＺＨＡＮＧ Ｘｉｎ （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｉｎｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｂｉｎｚｈｏｕ ２５６６０３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ ｅｍｕｌｓｉｏｎ ｗａｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｅｍｕｌｓｉｆｉｅｒ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ．Ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｃｅｍｅｎｔ ｗａｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｍａｘｉｎｇ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ ｏｆ ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ ｅｍｕｌｓｉｏｎ．Ｔｈｅ ａｎｔｉ—ｓｕｌｆａｔｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｗｅｒｅ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ ｅｍｕｌｓｉｏｎ，ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｍｕｌｓｉｉｅｒ，ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｒｆｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ ｅｍｕｌｓｉｏｎ．Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｎｔｉ—ｓｕｌｆａｔｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｃｅｍｅｎｔ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｗｈｅｎ ｍａｘｉｎｇ ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ ｅｍｕｌｓｉｏｎ ｉｎ ａ ｐｒｏｐｅｒ ｒａｔｉｏ．Ｔｈｅ ｓｉｚｅ ｏｆ ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ ｅｍｕｌｓｉｏｎ ｗａｓ ｒｅｄｕｃｅｄ ｗｉｔｈ ｅｌｅｖａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｅｍｕｌｓｉｆｉｅｒ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ ｗｏｕｌｄ ｂｅ ｉｎ ｆａｖｏｒ ｏｆ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｈｅ ａｎｔｉ—ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｃｅｍｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ ｅｍｕｌｓｉｏｎ；ｓｕｌｆａｔｅ；ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ 硫酸盐腐蚀是水泥混凝土建筑面临的一个严重问题 。 全溶解于２００ ｍＬ无水乙醇中，然后注入三口烧瓶，开启搅拌， 加入０．５ ｇ重结晶后的偶氮二异丁氰，反应体系逐渐变为均相 体系，然后加入４０ ｍＬ减压蒸馏后的苯乙烯单体，在一定温度 水泥石本身不密实，有很多毛细孑Ｌ通道，因此具有一定的渗透 性，当其内部有侵蚀性介质进入时，水泥石易受到腐蚀。环境 介质中的硫酸盐与水泥浆体组分之间发生化学反应，导致水泥 混凝土结构破坏，从而导致材料耐久性下降，限制了其适用范 围。 下聚合反应３ ｈ，将得到的乳液常温下冷却至室温待用。 １．３ 改性水泥的制备及性能测试 将聚苯乙烯乳液和水泥按一定比例进行混匀，置于２０ ｉｉｌｍ Ｘ 近年来，利用聚合物改性来提高水泥基材料性能得到广泛 研究 Ｊ。环氧树脂、苯丙乳液、丁苯乳液等都被用于水泥基 材料改性并得到良好的效果。但聚苯乙烯乳液用于改善水泥抗 硫酸盐腐蚀性能的研究未见报道。本文通过聚苯乙烯乳液对水 泥进行改性，研究了改性水泥的抗硫酸钠腐蚀性能。 ２０ ｍｍ ｘ２０ ｍｍ模具内成型，标准养护２４ ｈ后脱模，将试块浸 入５％硫酸钠溶液中，一定龄期后，将试块取出在万能试验机 上测量抗压强度。 ２结果与讨论 ２．１ 苯乙烯聚合温度对改性水泥抗腐蚀性能的影响 图１是聚合温度分别为６５℃、７０℃、７５℃的聚苯乙烯乳 １ 试验部分 １．１试剂与原材料 苯乙烯、偶氮二异丁腈、聚乙烯比咯烷酮等均为分析纯； ３２５复合硅酸盐水泥，滨州市青龙山水泥有限公司生产。 液，按照１０％的比例掺入水泥得到的试块在５％硫酸钠溶液中 侵蚀３ ｄ和７ ｄ的抗压强度。可见，聚合温度为７５℃时，改性 水泥的抗压强度最高。这是由于当聚合温度提高时，自由基生 成速率增加，成核速率增大，生成更多的胶粒，使乳液粒子的 粒径减小 ，能够更好的填充水泥浆体空隙，提高水泥浆体的 １．２聚苯乙烯乳液的制备 在超声辅助作用下，将一定量的乳化剂聚乙烯吡咯烷酮完 基金项目：国家级大学生创新训练计划项目（Ｎｏ：２０１２１０４４９１０９）。 作者简介：牛少杰（１９８９一），男，学士。 通讯作者：张新（１９８２一），男，讲师，主要从事新型建筑材料的开发和应用。 第４２卷第１６期 牛少杰，等：聚苯乙烯乳液改性水泥耐蚀性能的研究 ５５ 密实程度，更有效的阻止硫酸盐离子的侵蚀。 图１ 不同聚合温度聚苯乙烯乳液改性水泥的抗压强度 Ｆｉｇ．１ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｃｅｍｅｎｔ ｍａｘｅｄ ｗｉｔｈ ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ ｅｍｕｌｓｉｏｎ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｏｎ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ２．２苯乙烯聚合过程分散剂掺量对改性水泥抗腐蚀 性能的影响 Ｚ 皤 ｊ‘ 图２ 不同ＰＶＰ浓度的聚苯乙烯乳液改性水泥的抗压强度 Ｆｉｇ．２ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｃｅｍｅｎｔ ｍａｘｅｄ ｗｉｔｈ ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ ｅｍｕｌｓｉｏｎ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＰＶＰ 图２是在聚合温度为７５℃时，不同乳化剂（ＰＶＰ）浓度下制 备的聚苯乙烯乳液改性水泥试块在５％硫酸钠溶液中侵蚀３ ｄ 和７ ｄ的抗压强度。可以看出，在乳化剂浓度较低时，随乳化 剂浓度增加，改性水泥的抗压强度变化不大，当乳化剂浓度高 于０．０１５ ｓ／ｍＬ后，改性水泥的抗压强度随乳化剂浓度的提高 而明显提高。这可能是由于乳化剂用量过少时，乳液粒子的粒 径较大，无法填充到水泥浆体中较小的空隙，没有起到细化水 泥孔结构的作用。随着乳化剂浓度的升高，乳液粒子的粒径逐 渐减小，当乳液粒子可以填充到水泥浆体空隙时，使水泥结构 致密化，有效阻止了腐蚀离子的侵入，从而提高了抗压强度。 但是，过高的乳化剂浓度也会有不良影响，比如使乳液粒度分 布变宽，影响乳液成膜性能等。因此，高乳化剂浓度对改性水 泥的影响还需进一步研究。 ２．３聚苯乙烯掺量对改性水泥抗腐蚀性能的影响 图３是不同聚苯乙烯乳液掺量的改性水泥试块在５％硫酸 钠溶液中侵蚀３ ｄ和７ ｄ的抗压强度。可见，在１０％一３０％掺 量范围内，侵蚀液中水泥试块的抗压强度均高于不掺聚苯乙烯 乳液的。随着乳液掺量的增加，水泥试块抗压强度呈现先增加 后减小的趋势，掺量为１５％时抗压强度最高。由于乳液的掺入 可以密实水泥浆体结构，阻止硫酸盐离子侵蚀，因此在一定掺 量范围内，水泥试块抗压强度随乳液掺量增加而提高是必然 的。而当乳液掺量过高时，又会影响到水泥的水化进程，对水 泥本身的强度有不良影响。另外，过高的乳液掺量会使水泥净 浆粘稠度大幅提高，成型困难，影响试块成型质量。因此，乳 液掺量过高时，又会出现抗压强度下降的趋势。乳液的掺量应 该控制在一个合适的比例。 图３ 不同聚苯乙烯乳液掺量改性水泥的抗压强度 Ｆｉｇ．３ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｃｅｍｅｎｔ ｄｏｐｅｄ ｗｉｔｈ ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ ｅｍｕｌｓｉｏｎ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒａｔｉｏ ３结论 掺加适量的聚苯乙烯乳液可以提高水泥的耐硫酸盐腐蚀性 能。不同合成条件得到聚苯乙烯乳液和不同乳液掺量对水泥的 改性效果也不同。在实验所选范围内，聚合温度为７５℃，乳 化剂浓度为０．０２５ ｇ／ｍＬ，聚苯乙烯乳液掺量为１５％时改性效果 最佳。 参考文献 ［１］刘超，马忠诚，刘浩云．水泥混凝土硫酸盐侵蚀综述［Ｊ］．材料导报， ２０１３，２７（４）：６７—７１． ［２］韩字栋，张君，高原．混凝土抗硫酸盐侵蚀研究评述［Ｊ］．混凝土， ２０１１（１）：５２—５７． ［３］金祖权，孙伟，张云升，等．混凝土在硫酸盐、氯盐溶液中的损伤过 程［Ｊ］．硅酸盐学报，２００６，３４（５）：６３０—６３５． ［４］ 李芳，王培铭．不同水灰比下聚合物改性水泥砂浆的力学性能［Ｊ］． 化学建材，２００２（６）：３３—３５． ［５］高丽花．聚合物对水泥基复合材料性能影响的研究［Ｄ］．天津：河 北理工大学化工与生物技术学院，２００５． ［６］韩莹，赵文杰．ＰＢ—ｇ—ＰＳ胶乳改性水泥砂浆的微观结构及改性机 理［Ｊ］．广州化工，２０１３，４１（２４）：１０１—１０４． ［７］ 巫辉，明三军，郭丽萍，等．种子乳液聚合制备单分散聚苯乙烯乳胶 粒［Ｊ］．武汉理工大学学报，２００６，２８（１０）：２４—２７．
