CN109369904A - 含聚氧丙烯醚链段的预聚体及用其制备减水剂的大单体的方法 - Google Patents

含聚氧丙烯醚链段的预聚体及用其制备减水剂的大单体的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含聚氧丙烯醚链段的预聚体及用其制备减水剂的大单体的方法,预聚体是由起始剂ROH和环氧丙烷、环氧乙烷进行加成反应获得的聚合物,它包括如下步骤:将反应釜及管道进行无水处理、抽真空,抽真空后进行惰性气体吹扫;在反应容釜中加入起始剂和催化剂混合;将反应釜内进行调温后并维持,加入环氧丙烷及按顺序加入环氧乙烷进行开环聚合反应,得到预聚体。本发明通过在预聚体中引入聚氧丙烯醚链段,改善了大单体的结构,用本发明制备的大单体合成减水剂,能更好的起到吸附和屏蔽水泥颗粒的作用,增强了空间位阻,混凝土保塑性更好,成本低。

Description

含聚氧丙烯醚链段的预聚体及用其制备减水剂的大单体的 方法
技术领域
本发明涉及减水剂技术领域,具体涉及含聚氧丙烯醚链段的预聚体及用其制备减水剂的大单体的方法。
背景技术
大单体是聚羧酸减水剂最重要的原料,大单体的长链结构为减水剂提供强大的空间位阻。国内聚羧酸减水剂占据了绝对的优势,但是大单体技术创新发展较慢。发明人对聚羧酸减水剂大单体进行了大量的试验研究,发现在预聚体、大单体中巧妙增加聚氧丙烯醚链段及控制聚合度可改善聚羧酸减水剂侧链的结构,增加减水剂的空间位阻作用及对水泥颗粒的吸附屏蔽作用,有利于提高合成减水剂的减水分散性能和塑性保持性,并可以根据减水剂的减水保塑性要求调节聚氧丙烯醚链段部位和链长。
发明内容
本发明的目的是首先在预聚体中引入聚合短链-聚氧丙烯醚,得到含有聚氧丙烯醚链段结构的预聚体,制备出了一种新型大单体,结构更加合理,将会更好的改善合成减水剂的保塑性和减水率。
本发明的技术方案如下:
本发明公开了一种用于大单体的含聚氧丙烯醚链段的预聚体,所述预聚体是由起始剂ROH和环氧丙烷进行加成反应获得的聚合物,该聚合物的分子结构式为:
RO-(C3H60)x-H (1)
其中:x为结构式(1)中的聚氧丙烯醚的聚合度,是2~7的整数。
进一步的,所述预聚体是在起始剂ROH和环氧丙烷进行加成反应之后,与环氧乙烷进行加成反应获得的聚合物,该聚合物的分子结构式为:
RO-(C3H60)x-(C2H4O)y-H (2)
其中:y为结构式(2)中聚氧乙烯醚的聚合度,是1~7的整数。
进一步的,所述预聚体是在起始剂ROH和环氧丙烷进行加成反应之前,先与环氧乙烷进行加成反应获得的聚合物,该聚合物的分子结构式为:
RO-(C2H4O)z-(C3H60)x-H (3)
其中:z为结构式(3)中聚氧乙烯醚的聚合度,是1~7的整数。
进一步的,所述起始剂为甲基烯丙醇、异戊烯醇、乙烯基乙二醇醚、丙二醇乙烯基醚和4-羟丁基乙烯基醚中的任意一种。
进一步的,本发明公开了一种制备预聚体的方法,它包括如下步骤:
步骤一:将反应釜及管道进行无水处理、抽真空,抽真空后进行惰性气体吹扫;
步骤二:在反应容釜中加入1mol起始剂,加入催化剂混合;
步骤三:将反应釜内温度控制在115~150℃并维持,加入2~7mol环氧丙烷进行开环聚合反应,反应釜中压力控制在0~0.45MPa,直至釜内压力恒定后,稳压15~30min,降温至65~80℃,得到预聚体。
进一步的,所述步骤三中加入环氧丙烷之后,再次将反应釜内温度控制在100~130℃并维持,加入1~7mol环氧乙烷进行开环聚合反应,直至釜内压力恒定后,稳压15~30min。
进一步的,所述步骤三中加入环氧丙烷之前,先将反应釜内温度控制在100~130℃并维持,加入2~8mol环氧乙烷进行开环聚合反应,直至釜内压力恒定后,稳压15~30min。
进一步的,所述催化剂为氢化钠、氢化钾、甲醇钠、乙醇钠和氢氧化钾中的任意一种。
进一步的,所述制备预聚体的催化剂占预聚体的重量比为0.06~0.12%。
进一步的,本发明公开了一种利用预聚体制备减水剂的大单体的方法,它包括如下步骤:
步骤一:在反应釜中加入1mol预聚体,加入催化剂混合;
步骤二:将反应釜内温度控制在100~130℃并维持,加入30~100mol环氧乙烷进行开环聚合反应,直至釜内压力恒定后,稳压15~30min,降温至65~80℃,得到大单体。
进一步的,所述步骤二中加入30~100mol环氧乙烷之后,依次向反应釜中加入2~7mol环氧丙烷和20~70mol环氧乙烷进行开环聚合反应,当加入环氧丙烷时先将反应釜内温度控制在115~150℃并维持。
进一步的,所述步骤二中加入30~100mol环氧乙烷之后,依次向反应釜中加入2~7mol环氧丙烷、30~100mol环氧乙烷、2~7mol环氧丙烷和20~70mol环氧乙烷进行开环聚合反应,当加入环氧丙烷时先将反应釜内温度控制在115~150℃并维持。
进一步的,所述制备大单体的催化剂占加入环氧乙烷与环氧丙烷重量之和的0.06~0.12%。
本发明的含有聚氧丙烯醚链段的预聚体及用其制备减水剂的大单体,特点是预聚体中的聚氧丙烯醚链段靠近大单体的起始端,合成的减水剂靠近端部时能增强与水泥颗粒吸附或相互吸附,对水泥有更强的吸附性和屏蔽水分子作用,有利于空间位阻作用,比单独使用聚氧乙烯醚的预聚体提高了减水剂的保塑性和水泥浆的包裹性。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明公开了一种制备预聚体的方法,其包括如下步骤:
在反应釜中加入起始剂甲基烯丙醇10mol(720g),催化剂氢化钠4.46g(物料总量的0.09%)混合;将反应釜内温度控制在110℃并维持,加入环氧乙烷80mol(3520g)进行开环聚合反应,反应釜中压力控制在0~0.45MPa,直至釜内压力恒定后,稳压15~30min;将反应釜内温度控制在130℃并维持,加入环氧丙烷20mol(1160g),反应釜中压力控制在0~0.45MPa,直至釜内压力恒定后,稳压15~30min,降温至65~80℃,得到预聚体5400g(分子量为540)。
本发明公开了一种利用预聚体制备减水剂的大单体的方法,其包括如下步骤:
取预聚体1mol(540g),按补充物料量的0.09%补充加入催化剂氢化钠1.58g,将反应釜内温度控制在110℃并维持,加入环氧乙烷30mol(1320g)进行开环聚合反应,直至釜内压力恒定后,稳压15~30min,降温至65~80℃,得到数均分子量为1860的大单体A1,制得大单体后,向反应釜内加入冰醋酸,调节pH值为5.5。
其中,通式:n(物质的量)=m(质量)/M(摩尔质量)。
实施例21
本发明公开了一种制备预聚体的方法,其包括如下步骤:
在反应釜中加入起始剂异戊烯醇10mol(860g),催化剂甲醇钠4.08g(物料总量的0.08%)混合,将反应釜内温度控制在115℃并维持,加入环氧丙烷20mol(1160g)进行开环聚合反应,反应釜中压力控制在0~0.45MPa,直至釜内压力恒定后,稳压15~30min,再次将反应釜内温度控制在105℃并维持,加入环氧乙烷70mol(3080g),反应釜中压力控制在0~0.45MPa,直至釜内压力恒定后,稳压15~30min,降温至65~80℃,得到预聚体5100g(分子量为510)。
本发明公开了一种利用预聚体制备减水剂的大单体的方法,其包括如下步骤:
取预聚体1mol(510g),按补充物料量的0.08%补充加入催化剂氢化钠4.06g;将反应釜内温度控制在105℃并维持,加入环氧乙烷30mol(1760g)进行开环聚合聚合反应,直至釜内压力恒定后,稳压15~30min,再次将反应釜内温度控制在115℃并维持,加入环氧丙烷2mol(116g),直至釜内压力恒定后,稳压15~30min,再次将反应釜内温度控制在105℃并维持,加入环氧乙烷30mol(1760g)进行开环聚合反应,直至釜内压力恒定后,稳压15~30min,再次将反应釜内温度控制在115℃并维持,加入环氧丙烷2mol(116g)进行开环聚合反应,直至釜内压力恒定后,稳压15~30min,最后将反应釜内温度控制在105℃并维持,最后加入环氧乙烷50mol(2900g)进行聚合反应,直至釜内压力恒定后,稳压15~30min,降温至65~80℃,得到数均分子量为5582的大单体A21,制得大单体后,向反应釜内加入冰醋酸,调节pH值为7。
本发明中的起始剂为甲基烯丙醇、异戊烯醇、乙烯基乙二醇醚、丙二醇乙烯基醚和4-羟丁基乙烯基醚中的任意一种,在本发明中均可实现很好的效果;
本发明中的催化剂是指氢化钠、氢化钾、甲醇钠、乙醇钠和氢氧化钾中的任意一种,在制备预聚体中加入的催化剂占预聚体的重量比为0.06~0.12%,在制备大单体中补充的催化剂占加入环氧乙烷和环氧丙烷重量之和的0.06~0.12%,可根据其用量调整反应温度、加料速度,能获得同样的反应效果。
未写实施例如表1所示。
实施例1~24为制备预聚体和大单体工艺控制条件(见表1)
表1:
注:
m和n分别表示在制备大单体方法的步骤二中加入环氧乙烷和环氧丙烷的聚合度,加入30~100mol环氧乙烷进行开环聚合反应时,m1=30~100;
步骤二中加入30~100mol环氧乙烷之后,依次向反应釜中加入2~7mol环氧丙烷和20~70mol环氧乙烷进行开环聚合反应时,m1:n1:m2=30~100:2~7:20~70;
步骤二中加入30~100mol环氧乙烷之后,依次向反应釜中加入2~7mol环氧丙烷、30~100mol环氧乙烷、2~7mol环氧丙烷和20~70mol环氧乙烷进行开环聚合反应时,m1:n1:m2:n2:m3=30~100:2~7:20~70:2~7:20~70。
m和n各数值取值范围在实施例1~24中。
对比例1~7为制备预聚体和大单体工艺控制条件(见表2)
表2:
本发明制备的大单体用于化学合成聚羧酸减水剂,采用氧化还原反应进行自由基共聚合反应,获得聚羧酸减水剂(对应编号为S-1~S-24),其步骤如下:
在反应釜内加入300g水,加入实施例或对比例中的大单体350g,搅拌溶化,加入4g双氧水(氧化剂),用120min滴加40g丙烯酸与40g水的混合溶液,同时用150min滴加0.8g维生素C(还原剂)、1.5g巯基丙酸(链转移剂)与70g水的混合溶液(乙烯基聚醚单体用45min滴加40g丙烯酸与40g水的混合溶液,同时用55min滴加0.8g维生素C、1.5g巯基丙酸与70g水的混合溶液)。反应温度控制在5~40℃,滴加完继续搅拌熟化保温60min,向反应釜中补水至1000g,得到无色的透明液体减水剂。
氧化还原体系合成聚羧酸减水剂的原理是通过氧化还原反应产生自由基,体系中先加入氧化剂物质,然后滴加还原剂与溶液中氧化剂发生氧化还原反应,产生自由基引发单体聚合而合成减水剂。
S-1~S-24和对比例1~7为利用本发明制备的大单体采用氧化还原体系合成聚羧酸减水剂的性能试验对比表(见表3)
表3:
本发明的预聚体中含有聚氧化丙烯短链,其制备的大单体结构更好,合成的减水剂中能使侧链更好的在水中舒展,从上述实施例和对照例的性能对比可见,含有聚氧丙烯醚链段的预聚体制备的大单体,合成的聚羧酸减水剂水泥净浆流动度(水泥净浆初始流动度240~287mm)好于对比例纯聚氧乙烯醚的预聚体对应的聚羧酸减水剂(水泥净浆初始流动度230~271mm),尤其是保塑性更突出(实施例的水泥净浆60min流动度为210~267mm,对比例60min流动度为195~230mm),起到了更好的技术效果。
本发明的上述实施方式仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定,对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动,这里无法对所有的实施方式予以穷举,凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (13)

1.一种用于大单体的含聚氧丙烯醚链段的预聚体,其特征在于,所述预聚体是由起始剂ROH和环氧丙烷进行反应获得的聚合物,该聚合物的分子结构式为:
RO-(C3H60)x-H (1)
其中:x为结构式(1)中的聚氧丙烯醚的聚合度,是2~7的整数。
2.根据权利要求1所述的用于大单体的含聚氧丙烯醚链段的预聚体,其特征在于,所述预聚体是由起始剂ROH、环氧丙烷和环氧乙烷进行反应获得的聚合物,该聚合物的分子结构式为:
RO-(C3H60)x-(C2H4O)y-H (2)
其中:y为结构式(2)中聚氧乙烯醚的聚合度,是1~7的整数。
3.根据权利要求1所述的用于大单体的含聚氧丙烯醚链段的预聚体,其特征在于,所述预聚体是由起始剂ROH、环氧乙烷和环氧丙烷进行反应获得的聚合物,该聚合物的分子结构式为:
RO-(C2H4O)z-(C3H60)x-H (3)
其中:z为结构式(3)中聚氧乙烯醚的聚合度,是1~7的整数。
4.根据权利要求1~3所述的用于大单体的含聚氧丙烯醚链段的预聚体,其特征在于,所述起始剂ROH为甲基烯丙醇、异戊烯醇、乙烯基乙二醇醚、丙二醇乙烯基醚和4-羟丁基乙烯基醚中的任意一种。
5.一种制备如权利要求1所述预聚体的方法,其特征在于,它包括如下步骤:
步骤一:将反应釜及管道进行无水处理、抽真空,抽真空后进行惰性气体吹扫;
步骤二:在反应容釜中加入1mol起始剂,加入催化剂混合;
步骤三:将反应釜内温度控制在115~150℃并维持,加入2~7mol环氧丙烷进行开环聚合反应,反应釜中压力控制在0~0.45MPa,直至釜内压力恒定后,稳压15~30min,降温至65~80℃,得到预聚体。
6.根据权利要求5所述制备预聚体的方法,其特征在于,所述步骤三中加入环氧丙烷之后,再次将反应釜内温度控制在100~130℃并维持,加入1~7mol环氧乙烷进行开环聚合反应,直至釜内压力恒定后,稳压15~30min。
7.根据权利要求5所述制备预聚体的方法,其特征在于,所述步骤三中加入环氧丙烷之前,先将反应釜内温度控制在100~130℃并维持,加入2~8mol环氧乙烷进行开环聚合反应,直至釜内压力恒定后,稳压15~30min。
8.根据权利要求5所述制备预聚体的方法,其特征在于,所述催化剂为氢化钠、氢化钾、甲醇钠、乙醇钠和氢氧化钾中的任意一种。
9.根据权利要求5所述制备预聚体的方法,其特征在于,所述制备预聚体的催化剂占预聚体的重量比为0.06~0.12%。
10.一种利用权利要求5~7中任一项权利要求中所述预聚体制备减水剂的大单体的方法,其特征在于,它包括如下步骤:
步骤一:在反应釜中加入1mol预聚体,加入催化剂混合;
步骤二:将反应釜内温度控制在100~130℃并维持,加入30~100mol环氧乙烷进行开环聚合反应,直至釜内压力恒定后,稳压15~30min,降温至65~80℃,得到大单体。
11.根据权利要求10所述预聚体制备减水剂的大单体的方法,其特征在于,所述步骤二中加入30~100mol环氧乙烷之后,依次向反应釜中加入2~7mol环氧丙烷和20~70mol环氧乙烷进行开环聚合反应,当加入环氧丙烷时先将反应釜内温度控制在115~150℃并维持。
12.根据权利要求10所述预聚体制备减水剂的大单体的方法,其特征在于,所述步骤二中加入30~100mol环氧乙烷之后,依次向反应釜中加入2~7mol环氧丙烷、30~100mol环氧乙烷、2~7mol环氧丙烷和20~70mol环氧乙烷进行开环聚合反应,当加入环氧丙烷时先将反应釜内温度控制在115~150℃并维持。
13.根据权利要求10所述预聚体制备减水剂的大单体的方法,其特征在于,所述制备大单体的催化剂占加入环氧乙烷与环氧丙烷重量之和的0.06~0.12%。
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