CN102992682A - 一种通用型聚羧酸减水剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通用聚羧酸减水剂及其制备方法，所述通用聚羧酸减水剂为液态，固含量为40％。为由烯丙基聚醚与马来酸酐、(甲基)丙烯酸或衣康酸、丙烯酸甲酯和甲基丙烯磺酸钠等单体在分子量链引发剂、链转移剂的作用下进行聚合后再进行中和后所制备的含有羧基、磺酸基、烯丙基聚醚侧链的减水剂。本发明的通用聚羧酸减水剂碱含量低、减水率高，混凝土操作省力，水泥拌合物具有高流动性和保坍性，良好的和易性；生产工艺简单，反应条件容易控制，无环境污染；本发明的聚羧酸减水剂可作为高性能混凝土的重要组分，广泛应用于各种工业及民用建筑中的搅拌和现浇混凝土，商品混凝土。

Description

一种通用型聚羧酸减水剂及其制备方法
技术领域
本发明属于混凝土外加剂领域，具体涉及一种聚羧酸高性能减水剂及其制备方法。
背景技术
与萘系、三聚氰胺系、氨基磺酸盐等高效减水剂相比较，聚羧酸减水剂具有更为优异的性能，突出表现为掺量低、减水率高、新拌混凝土流动性及保坍性好、低收缩、增强潜力大、环境友好等特点，因此聚羧酸高性能减水剂已经成为混凝土外加剂最新产品的代表，其研究和应用得到了国内外专业技术人员和施工人员的高度重视。
近年来，国内的聚羧酸高性能减水剂的研究开发及生产应用都得到了较大发展，市场产品正逐渐由原来的品种相对单一的状况向产品多品种、性能及价格多层次的方向逐步发展，但是本领域依旧缺乏一种性能相对较好，成本相对较低的通用型聚羧酸减水剂。
发明内容
为了满足现有技术的需要，本发明公开了一种通用型聚羧酸减水剂，所述通用型聚羧酸减水剂克服以往减水剂生产工艺复杂，保坍性差或成本较高的缺点，性能优异且稳定，其制备方法简单，反应条件容易控制，易于工业化生产。
为实现上述目的，本发明是通过下述技术方案实现的：
一种通用聚羧酸减水剂，分子量为10000-50000，化学结构式为：
Figure BDA00002221293000011
优选的，申请人发现当通用聚羧酸减水剂分子量为20000-30000，R为甲基CH3，n＝40-45时其作为减水剂具有最好的性能。
在上述基础上，本发明公开了所述通用聚羧酸减水剂的制备方法，包括下述两个步骤：(1)在烯丙基聚醚与马来酸酐水溶液中加入丙烯酸或甲基丙烯酸和甲基丙烯磺酸钠及丙烯酸甲酯，用过硫酸铵或过硫酸钠作为引发剂，巯基乙酸或巯基丙酸作为链转移剂，在60～80℃进行聚合反应，所述的引发剂在90～110min加完；(2)反应完成后，用氢氧化钠溶液或乙二胺溶液中和到pH＝6～7，得到40％的聚羧酸减水剂溶液。
其中，各成分的用量比例可以根据实际情况进行调整，通常在下述范围内：烯丙基聚醚与马来酸酐的摩尔比例为1∶1.0～4.5；丙烯酸甲酯∶甲基丙烯磺酸钠∶(甲基)丙烯酸的摩尔比例为1∶1∶1.0～4.0；引发剂用量为聚合单体摩尔数的1％～8％；链转移剂为聚合单体用量的0.5％～1.5％。
优选的，所述烯丙基聚醚与马来酸酐的摩尔比例为1∶3.0；丙烯酸甲酯∶甲基丙烯磺酸钠∶(甲基)丙烯酸的摩尔比例为1∶1∶2.0。
优选的，所述引发剂用量为聚合单体摩尔数的5.6％；所述链转移剂为聚合单体用量的0.75％。
需要注意的是，申请人在此处使用了(甲基)丙烯酸的表达方式，用于表示下列含义：丙烯酸和/或甲基丙烯酸。
与其他的制备方法相比，本发明的聚羧酸混凝土减水剂的合成是利用在烯丙基聚醚与马来酸酐水溶液中加入丙烯酸或甲基丙烯酸和丙烯酸甲酯及甲基丙烯磺酸钠共聚，无需氮气保护，反应温度恒定，加料程序简单，反应条件易于控制。
本发明的聚丙烯酸系混凝土减水剂用于配制混凝土，当20wt％浓度的该减水剂掺量为水泥重量的1％时，混凝土拌合物坍落度可达18cm以上；当掺量为1％时，减水率可达27％；不含氯离子，对钢筋无腐蚀性；混凝土28d收缩率较萘系类高效减水剂降低20％以上；产品适应性强，适应于多种规格、型号的水泥(尤其南方水泥)，产品性能稳定，长期贮存不分层、无沉淀，冬季无结晶；产品无毒无污染，不含甲醛，对环境安全等优点。
申请人通过实验发现，在较优的情况下，即分子量为20000-30000，R为甲基CH3，n＝40-45时，所述聚丙烯酸系混凝土减水剂用于配制混凝土，当20wt％浓度的该减水剂掺量为水泥重量的1％时，混凝土拌合物坍落度可达25cm以上；当掺量为1％时，减水率可达35％；混凝土28d收缩率较萘系类高效减水剂降低40％以上。
具体实施方式
在下述实施例中，各反应物的配比如下；烯丙基聚醚与马来酸酐为1∶3.0；丙烯酸甲酯∶甲基丙烯磺酸钠∶(甲基)丙烯酸的摩尔比例为1∶1∶2.0；引发剂用量为聚合小单体摩尔数的1％～8％，最佳用量为5.6％；链转移剂为聚合单体用量的0.5％～1.5％，最佳用量为0.75％；
下述实施例仅用于辅助本领域技术人员更好地理解本发明的发明实质，而非构成限制。本领域技术人员在此基础上所进行的变更、替换依旧属于本发明的保护范围。
实施例1：最佳配比
将100.00份分子量为2000的烯丙基聚醚、15份马来酸酐和水若干，放入反应容器中，升温，在70±5℃温度下，搅拌使反应物完全溶解，再向容器中滴加溶有10.80份丙烯酸、4.74份甲基丙烯磺酸钠、2.13份丙烯酸甲酯和40份去离子水的水溶液与24.00份5％过硫酸铵溶液以及10.00份质量百分比为10％的溶液疏基乙醇，控制滴加速度，在100±10分钟滴完，保持温度在70±5℃，继续反应4小时。冷却后再加入2.53份40％氢氧化钠溶液调节PH＝6.5±0.5，得到本发明的聚羧酸高性能混凝土减水剂。
实施例2
将100.00份分子量为2000的聚氧乙烯醚、15份马来酸酐和100.00份水，放入反应容器中，升温，在70±5℃温度下，搅拌使反应物完全溶解，再向容器中滴加溶有10.80份丙烯酸、4.74份甲基丙烯磺酸钠、2.13份丙烯酸甲酯和52份去离子水的水溶液与12.00份5％过硫酸铵溶液以及10.00份质量百分比为10％的溶液疏基乙醇，控制滴加速度，在100±10分钟滴完，保持温度在70±5℃，继续反应4小时。冷却后再加入2.53份40％氢氧化钠溶液调节PH＝6.5±0.5，得到本发明的聚羧酸高性能混凝土减水剂。
实施例3
将100.00份分子量为2000的聚氧乙烯醚、15份马来酸酐和100.00份水，放入反应容器中，升温，在80±5℃温度下，搅拌使反应物完全溶解，再向容器中滴加溶有10.80份丙烯酸、4.74份甲基丙烯磺酸钠、2.13份丙烯酸甲酯和47份去离子水的水溶液与12.00份5％过硫酸铵溶液以及15.00份质量百分比为10％的溶液疏基乙醇，控制滴加速度，在100±10分钟滴完，保持温度在80±5℃，继续反应4小时。冷却后再加入2.53份40％氢氧化钠溶液调节PH＝6.5±0.5，得到本发明的聚羧酸高性能混凝土减水剂。
实施例4
将100.00份分子量为2000的聚氧乙烯醚、15份马来酸酐和100.00份去离子水，放入反应容器中，升温，在80±5℃温度下，搅拌使反应物完全溶解，再向容器中滴加溶有10.80份丙烯酸、4.74份甲基丙烯磺酸钠、2.13份丙烯酸甲酯和35份去离子水的水溶液与24.00份5％过硫酸铵溶液和15.00份质量百分比为10％的疏基乙醇溶液，控制滴加速度，在100±10分钟滴完，保持温度在80±5℃，继续反应4小时。冷却后再加入2.53份40％氢氧化钠溶液调节PH＝6.5±0.5，得到本发明的聚羧酸高性能混凝土减水剂。
本发明给出的上述通用聚羧酸减水剂，按照净浆流动度测试(GB/T8077-2000)：采用基准水泥，按照GB/T8077-87测试水泥净浆流动度，检测结果如下表1所示：
表1：性能检测结果
混凝土保坍情况结果下表2所示：
表2保坍情况实验结果
Figure BDA00002221293000042
Figure BDA00002221293000051

Claims (9)

1.一种通用聚羧酸减水剂，其特征在于，分子量10000～50000，化学结构式为
Figure FDA00002221292900011
2.根据权利要求1所述的通用聚羧酸减水剂，其特征在于，分子量为20000-30000，R为甲基CH3，n＝40-45.
3.一种通用聚羧酸减水剂的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)在烯丙基聚醚与马来酸酐水溶液中加入丙烯酸或甲基丙烯酸和甲基丙烯磺酸钠及丙烯酸甲酯，用过硫酸铵或过硫酸钠作为引发剂，巯基乙酸或巯基丙酸作为链转移剂，在60～80℃进行聚合反应，所述的引发剂在90～110min加完；(2)反应完成后，用氢氧化钠溶液或乙二胺溶液中和到pH＝6～7，得到40％的聚羧酸减水剂溶液。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，烯丙基聚醚与马来酸酐的摩尔比例为1∶1.0～4.5；丙烯酸甲酯∶甲基丙烯磺酸钠∶(甲基)丙烯酸的摩尔比例为1∶1∶1.0～4.0；引发剂用量为聚合单体摩尔数的1％～8％；链转移剂为聚合单体用量的0.5％～1.5％。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，烯丙基聚醚与马来酸酐的摩尔比例为1∶3.0。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，丙烯酸甲酯∶甲基丙烯磺酸钠∶(甲基)丙烯酸的摩尔比例为1∶1∶2.0。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，引发剂用量为聚合单体摩尔数的5.6％。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，链转移剂为聚合单体用量的0.75％。
9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，聚合反应时间为6±0.5h。
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