CN108484840A - 一种酯醚混合结构抗泥型聚羧酸减水剂及其制备方法 - Google Patents

一种酯醚混合结构抗泥型聚羧酸减水剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种酯醚混合结构抗泥型聚羧酸减水剂及其制备方法。由含有如下重量份的组分制备得到，180～220重量份聚醚大单体；140～180重量份酯化大单体；30～40重量份不饱和酸；1～5重量份阳离子单体；2～4重量份氧化剂；0.5～2.5重量份酒石酸；0.5～1.5重量份链转移剂；400～500重量份去离子水；140～160重量份32质量体积％液碱。所述酯醚混合结构抗泥型聚羧酸减水剂具有掺量低、减水率高、抗泥性好的优点，即便骨料的含泥量较高，该减水剂仍可保持较高的减水率。同时工艺简单，在常温条件下制备，反应条件容易控制，能耗低，无污染。

Description

一种酯醚混合结构抗泥型聚羧酸减水剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土外加剂技术领域，尤其涉及一种酯醚混合结构抗泥型聚羧酸减水剂及其制备方法。
背景技术
聚羧酸减水剂具有掺量低、减水率高、保坍性好、绿色环保等优点，在铁路、公路、桥梁、隧道、高层建筑等工程中得到广泛应用。随着近年来混凝土使用量的快速增长，符合含泥量要求的优质砂石骨料资源已不能满足现在的需要，因此市面上的高含泥量的砂石骨料的使用量不断提高。传统的聚羧酸减水剂对骨料中的含泥量非常敏感，因为随着骨料含泥量的提高，一部分聚羧酸减水剂被粘土吸附，使得其分散性能和保坍性能明显降低。因此，制备一种分散性能和保坍性能不受含泥量影响的聚羧酸减水剂是很有必要的。
对于解决骨料含泥量带来的不利影响，主要是通过改变聚羧酸减水剂的结构特征，合成一种抗泥型聚羧酸减水剂。但是现有的制备抗泥型聚羧酸减水剂的技术存在合成时间长、耗能高、侧链结构单一、抗泥性差等缺点。
发明内容
为了克服现有的抗泥型聚羧酸减水剂制备技术中存在的合成时间长、耗能高、分子结构单一、抗泥性差等缺陷，本发明提供一种掺量低、减水率高、抗泥性好的酯醚混合结构抗泥型聚羧酸减水剂，即便骨料的含泥量较高，该减水剂仍可保持较高的减水率。
为实现上述目的，本发明提供一种酯醚混合结构抗泥型聚羧酸减水剂，其特征在于，由含有如下重量份的组分制备得到，
进一步，所述聚醚大单体为分子量为2200～3000的异丁烯醇聚氧乙烯醚、异戊烯醇聚氧乙烯醚、4-羟丁基乙烯基醚中的一种。
进一步，所述酯化大单体为分子量为1000～1200的甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯或甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯。
进一步，所述不饱和酸为丙烯酸或甲基丙烯酸。
进一步，所述阳离子单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵或丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵。
进一步，所述氧化剂为过氧化氢、过硫酸铵、过硫酸钠中的一种。
进一步，所述链转移剂为巯基乙醇、3-巯基丙酸、巯基乙酸中的一种。
本发明还提供一种所述酯醚混合结构抗泥型聚羧酸减水剂的制备方法，其特征在于，步骤如下：
在常温条件下，向反应釜中投入聚醚单体及去离子水；再将氧化剂投入到反应釜中，搅拌溶解后，同时滴加溶液A、溶液B和溶液C，滴加时间为2～3小时(在减水剂的合成过程中，溶液的滴加时间对产品的转化率和性能有很大影响，滴加时间过快，化学反应剧烈，分子量过大，性能下降；滴加时间过慢，生产周期长，不经济，申请人发现2-3小时的滴定时间最合适)，滴加结束后恒温0.5～1小时，进行自由基共聚反应；反应结束后，用液碱调整溶液的pH值为6.0～7.0(pH值在此范围内储存稳定，不易变质)，得到的澄清溶液即为酯醚混合结构抗泥型聚羧酸减水剂；
其中，溶液A的制备为将不饱和酸与阳离子单体溶于1/16-7/100重量的去离子水中，配置成质量分数为40-60％的溶液A；优选的，质量分数为50％的溶液A；
溶液B的制备：将酒石酸和链转移剂溶于1/16-7/100重量的去离子水中，配置成质量分数为0.5-2％的溶液B；优选的，质量分数为1％的溶液B；
溶液C的制备：将酯化大单体溶于余下的去离子水中，配制成质量分数为70-90％的溶液C；优选的，质量分数为80％的溶液C。
聚醚单体在整个反应体系中，反应活性低，所以和水作为反应底料先投入反应，提高其转化率；酯化大单体的反应活性高，须要用滴加，降低其在体系中的浓度，防止爆聚；整个反应体系采用氧化还原引发体系，氧化剂在水中的含量要大于还原剂的量，因此氧化剂一次性加入，还原剂用溶液B滴加；氧化剂一加入，要开始进行化学反应，须同时滴加溶液A、B、C，使合成反应正常进行。
本发明所述的常温是指5-40℃，无论冬天，还是夏天，都可以实施。
本发明的有益效果是：
1、本发明的酯醚混合结构抗泥型聚羧酸减水剂分子结构中引入140-180重量份的的含酯基结构的侧链的酯化大单体，这种酯类侧链结构能够显著降低减水剂对泥土的敏感性。酯醚混合结构抗泥型聚羧酸减水剂实现了醚类聚羧酸减水剂的高减水率和高流动性及酯类聚羧酸减水剂的良好适应性和保坍性，在性能上能够互补和增进，即使在骨料的含泥量较高的情况下使用，也能保持其良好的分散性能和保坍性能。
本发明的酯醚混合结构抗泥型聚羧酸减水剂分子结构中引入1-5重量份的阳离子单体，分子结构中引入阳离子单体后，聚羧酸减水剂分子表现出两性特征，既能吸附到带正电性的矿物上，又能吸附到负电性的矿物上，其吸附能力和吸附量得到改善，聚羧酸减水剂的空间位阻作用和静电斥力作用都有所提高，因而分散能力提高。但是，当阳离子单体引入量超过5重量份后，聚羧酸减水剂的分散能力会减弱。这是因为阳离子单体的引入量达到一定值后，分子结构中的阳离子基团和阴离子基团会发生正负电性“中和”，影响聚羧酸减水剂分子在水泥颗粒上吸附，使其分散能力减弱。
2、本发明在合成酯醚混合结构抗泥型聚羧酸减水剂的原材料中引入同时具有还原性和链转移作用的酒石酸，辅以链转移剂加以控制，使得酯醚混合结构抗泥型聚羧酸减水剂的分子量得到有效控制。
3、本发明工艺简单，在常温条件下制备，反应条件容易控制，能耗低，无污染。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1：酯醚混合结构抗泥型聚羧酸减水剂的制备
原料：见表1。其中聚醚大单体为异丁烯醇聚氧乙烯醚(分子量2400)；酯化大单体为甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸甲酯(分子量1200)；不饱和酸为丙烯酸；阳离子单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵；氧化剂为过氧化氢；链转移剂为巯基乙醇。
表1实施例1-5各成分的用量表(重量份)
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
聚醚大单体 210 200 180 220
酯化大单体 150 160 180 140
不饱和酸 33 35 30 40
阳离子单体 2 1 5 1
氧化剂 3 4 2 2
酒石酸 1 0.5 0.5 2.5
链转移剂 0.5 1 1 1.5
去离子水 450 445 400 440
液碱 余量 余量 余量 余量
注:液碱浓度可以不同，比如可以为32质量分数％。
制备方法：按表1的用量称取各原材料组分；
溶液A的制备：将丙烯酸和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵溶于去离子水中，配置成质量分数为50％的溶液A；
溶液B的制备：将酒石酸和巯基乙醇溶于去离子水中，配置成质量分数为1％的溶液B；
溶液C的制备：将甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸甲酯溶于去离子水中，配置成质量分数为80％的溶液C。
在常温(5～40℃)条件下，向反应釜中投入异丁烯醇聚氧乙烯醚及余下重量份的去离子水；再将过氧化氢投入加入到反应釜中，搅拌溶解后，同时滴加溶液A、溶液B、溶液C，滴加时间为2小时，滴加结束后恒温0.5小时，进行自由基共聚反应；自由基共聚反应结束后，用32％的液碱调整溶液的pH值为7.0，得到的澄清溶液即为所述的抗泥型聚羧酸减水剂。
实施例2：酯醚混合结构抗泥型聚羧酸减水剂的制备
原料：见表1。其中聚醚大单体为异戊烯醇聚氧乙烯醚(分子量2400)；酯化大单体为甲氧基聚乙二醇丙烯酸甲酯(分子量1200)；不饱和酸为甲基丙烯酸；阳离子单体为丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵；氧化剂为过硫酸铵；链转移剂为巯基乙酸。
制备方法：其中的滴加时间为3小时，滴加结束后恒温1小时。其他步骤均同实施例1。
实施例3：酯醚混合结构抗泥型聚羧酸减水剂的制备
原料：见表1。其中聚醚大单体为4-羟丁基乙烯基醚(分子量2400)；酯化大单体为甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸甲酯(分子量1200)；不饱和酸为甲基丙烯酸；阳离子单体为丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵；氧化剂为过硫酸钠；链转移剂为3-巯基丙酸。
制备方法：其中的滴加时间为2.5小时，滴加结束后恒温1小时。其他步骤均同实施例1。
实施例4：效果验证实验
将实施例1-3合成得到的酯醚混合结构抗泥型聚羧酸减水剂，根据GB 8076-2008《混凝土外加剂》，测其混凝土减水率、坍落度和经时坍落度损失。结果见表2。所用的对比为普通型减水剂，具体为台界化工TJ-288常规型减水剂母液。
表2实施例性能对比表
从表2的结果可以看出，在骨料含泥的情况下，本发明的酯醚混合结构抗泥型聚羧酸减水剂其分散效果明显优于传统减水剂，而且保持性能更好。也就是说本发明的酯醚混合结构抗泥型聚羧酸减水剂具有掺量低、减水率高、抗泥性好等优点，即便骨料的含泥量达到4％，该减水剂仍可保持较高的减水率。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种酯醚混合结构抗泥型聚羧酸减水剂，其特征在于，由含有如下重量份的组分制备得到，
2.如权利要求1所述酯醚混合结构抗泥型聚羧酸减水剂，其特征在于，所述聚醚大单体为分子量为2200～3000的异丁烯醇聚氧乙烯醚、异戊烯醇聚氧乙烯醚、4-羟丁基乙烯基醚中的一种。
3.如权利要求1所述酯醚混合结构抗泥型聚羧酸减水剂，其特征在于，所述酯化大单体为分子量为1000～1200的甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯或甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯。
4.如权利要求1所述酯醚混合结构抗泥型聚羧酸减水剂，其特征在于，所述不饱和酸为丙烯酸或甲基丙烯酸。
5.如权利要求1所述酯醚混合结构抗泥型聚羧酸减水剂，其特征在于，所述阳离子单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵或丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵。
6.如权利要求1所述酯醚混合结构抗泥型聚羧酸减水剂，其特征在于，所述氧化剂为过氧化氢、过硫酸铵、过硫酸钠中的一种。
7.如权利要求1所述酯醚混合结构抗泥型聚羧酸减水剂，其特征在于，所述链转移剂为巯基乙醇、3-巯基丙酸、巯基乙酸中的一种。
8.一种权利要求1至7中任一项所述酯醚混合结构抗泥型聚羧酸减水剂的制备方法，其特征在于，步骤如下：
在常温条件下，向反应釜中投入聚醚单体及去离子水；再将氧化剂投入到反应釜中，搅拌溶解后，同时滴加溶液A、溶液B和溶液C，滴加时间为2～3小时，滴加结束后恒温0.5～1小时，进行自由基共聚反应；反应结束后，用液碱调整溶液的pH值为6.0～7.0，得到的澄清溶液即为酯醚混合结构抗泥型聚羧酸减水剂；
其中，溶液A的制备为将不饱和酸与阳离子单体溶于1/16-7/100重量的去离子水中，配置成质量分数为40-60％的溶液A；优选质量分数为50％的溶液A；
溶液B的制备：将酒石酸和链转移剂溶于1/16-7/100重量的去离子水中，配置成质量分数为0.5-2％的溶液B；优选质量分数为1％的溶液A；
溶液C的制备：将酯化大单体溶于余下的去离子水中，配制成质量分数为70-90％的溶液C；优选质量分数为80％的溶液A。
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