发明内容
针对现有技术不足,本发明解决的技术问题是提供一种早强型聚羧酸减水剂的制备方法,解决现有的早强型聚羧酸减水剂合成的温度高导致能耗高的问题。
为了解决上述问题,本发明所采用的技术方案是:一种早强型聚羧酸减水剂的制备方法,包括以下步骤:
S1:按照比例将100-150份聚醚大单体和100-150份自来水加入到反应釜中,搅拌溶解成均匀透明的溶液,得到釜底液;
S2:将8-15份不饱和酸单体,4-10份事先制备好的早强型功能单体,0.5-1份链转移剂和10-30份自来水混合成均匀的溶液,得到滴加液A;
S3:将0.1-0.6份还原剂和20-60份自来水混合成均匀的溶液,得到滴加液B;
S4:向步骤S1中的釜底液中加入0.5-2份氧化剂,4-6分钟后,常温下用滴加装置同时向步骤S1中的釜底液中匀速滴加滴加液A和滴加液B并搅拌,滴加液A和滴加液B的滴加时间分别为50-70分钟和60-80分钟,滴加完成后保温1-1.5小时结束反应,得到聚羧酸减水剂溶液;
S5:向步骤S6所得的聚羧酸减水剂溶液中加入NaOH溶液调节pH值至中性,所得液体即为早强型聚羧酸减水剂。
进一步,步骤S2中所述的早强型功能单体为N,N-亚甲基双丙烯酰胺,氨基酸和N-羟甲基丙烯酰胺合成的酯,肉桂酸与醇胺合成的酯中的一种或多种。
进一步,步骤S2中所述的早强型功能单体通过以下方法制备而得:将一定量的N-羟甲基丙烯酰胺和催化剂氧氯化锆溶于N,N-二甲基甲酰胺中,溶解完成后缓慢加热到110-130℃,慢慢加入与N-羟甲基丙烯酰胺同摩尔的L-谷氨酸,搅拌反应4-4.5小时,反应结束后,旋蒸去除溶剂N,N-二甲基甲酰胺,即得早强型功能单体A;
进一步,步骤S2中所述的早强型功能单体通过以下方法制备而得:将催化剂对甲苯磺酸和三乙醇胺置于干燥的三口烧瓶中搅拌,待对甲苯磺酸溶解完成后缓慢加入肉桂酸,加热温度到100-110℃,搅拌反应3-3.5小时,反应结束后,即得早强型功能单体B;
进一步,所述不饱和酸单体为马来酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸或富马酸中的一种或几种。
进一步,所述氨基酸为L-谷氨酸、DL-苯丙氨酸、肌氨酸中的一种或多种。
进一步,所述醇胺为三乙醇胺、二乙醇胺、三异丙醇胺中的一种或多种;
进一步,所述链转移剂为巯基乙酸、巯基丙酸、巯基乙醇或次亚磷酸钠中的一种或几种。
进一步,所述还原剂为维生素C、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、亚硫酸钾或吊白块中的一种或几种。
进一步,所述氧化剂为过硫酸铵、过硫酸钠、双氧水、过氧化苯甲酰或过硫酸钾中的一种或几种。
进一步,滴加液A浓度为35-40%。
进一步,所述釜底浓度为50-55%。
进一步,滴加液B的浓度为1-2%。
其中,步骤S4中滴加滴加液A或者滴加滴加液B采用如下滴加设备:包括机架和搅拌桶,搅拌桶固定在机架上,机架上位于搅拌桶上方的部分上固定有电机,电机的输出轴上固定有转动杆,转动杆的下端延伸至搅拌桶的内底部,转动杆上固定有桨叶;转动杆上位于搅拌桶上方的部分固定套设有凸轮,搅拌桶的右顶部固定有缸体,缸体上设置有单向进气阀和单向出气阀,缸体的下端设置有通气孔,缸体内部设置有活塞,活塞的外侧壁上设置有第一外螺纹,缸体的内侧壁上设置有与第一外螺纹相配合的第一内螺纹,缸体内部设置有第一弹簧,第一弹簧的一端固定在缸体的底部,第一弹簧的另一端与活塞相抵;活塞的上端固定连接有活塞杆,活塞杆竖直朝上贯穿缸体的顶部并且与缸体滑动密封连接,活塞杆的上端固定有沿竖直方向布置的长方形板的拨块,凸轮旋转的过程中,凸轮上距离转动杆最远的一端可拨动拨块;机架上位于搅拌桶上方的部分上固定有滴加桶,滴加桶的内部同轴固定有螺纹柱,螺纹柱的外周套设有滑板,滑板的边沿与滴加桶的内侧壁贴合并且密封,滑板上设置有与螺纹柱上的第二外螺纹相配合的第二内螺纹;滴加桶的上部连接有吸管,吸管固定在滴加桶上,搅拌桶上固定有沿竖直方向布置的滴加管,吸管通过软管与滴加管连通,滴加管的下端设置有单向出液阀;单向进气阀通过连接管与滴加管的下部连通,连接管上靠近滴加管的一端设置有自动阀;机架上固定有固定箱,软管贯穿固定箱的上下两端并且与固定箱的一个侧壁固定连接,固定箱的顶部开设有开口,开口内转动连接有齿轮,齿轮啮合有齿条,齿条的一端与软管相抵,齿条另一端贯穿固定箱的侧壁并且与固定箱转动连接,固定箱的内底部固定有沿竖直方向布置的限位块,限位块上设置竖直朝上布置的限位齿,齿条的下端设置有与限位齿相配合的凹槽。
本方案产生的有益效果是:
1、本发明使用2+2型的大单体EPEG,这种单体的双键活性比一般的碳四或碳五单体的双键更高,因此,无需加热,在常温下即可进行加成反应,并且,反应时间可大大缩短,能有效的减少能耗,节约成本。
2、本发明使用分子量较大的聚醚单体,以“短主链长侧链”的结构合成早强型聚羧酸减水剂的母液,该结构有利于促进水泥水化,能够促进混凝土早期强度的提升。
3、本发明使用N,N-亚甲基双丙烯酰胺、氨基酸和N-羟甲基丙烯酰胺合成的酯、肉桂酸与醇胺合成的酯作为早强型减水剂的功能单体,这些单体含有多个N原子,N原子含有一对未共用电子,可以与Ca2+和Fe3+形成络合物,从而提高水泥颗粒表面的可溶性,有利于C3A和C4AF的溶解,加速其与石膏反应生成硫铝酸钙。同时还能降低液相中Ca2+和Al3+的浓度,进一步促进C3S的水化,从而促使混凝土早期强度增长。
4、本发明的早强型聚羧酸减水剂不含氯离子,对钢筋无锈蚀,原料安全环保,绿色无污染。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明:
说明书附图中的附图标记包括:搅拌桶10、第一固定块11、电机12、凸轮13、转动杆14、桨叶15、缸体20、单向进气阀21、单向出气阀22、活塞23、第一弹簧24、活塞杆25、拨块26、连接管27、自动阀28、滴加桶30、滑板31、刮板311、第二弹簧32、螺栓33、吸管34、第二固定块35、软管36、滴加管37、单向出液阀38、螺纹柱39、固定箱40、齿轮41、齿条42、手柄43、限位块44、限位齿45。
实施例1
一种早强型聚羧酸减水剂的制备方法,包括以下步骤:
S1:按照比例将120g分子量为4000的EPEG和100g自来水加入到反应釜中,搅拌溶解成均匀透明的釜底液;
S2:将10g丙烯酸,4g N,N-亚甲基双丙烯酰胺,0.5g巯基丙酸和30g自来水混合成均匀得到滴加液A;
S3:将0.15g维生素C和20g自来水混合成均匀得到滴加液B;
S4:常温下,向步骤S1中所得的釜底液中加入0.5g质量分数为27.5%的双氧水,5分钟后,常温下用滴加装置同时向步骤S1中所得的釜底液中匀速滴加滴加液A和滴加液B并搅拌,滴加液A和滴加液B的滴加时间分别为60分钟和70分钟,滴加完成后保温1小时结束反应,得到聚羧酸减水剂溶液;
S5:向步骤S4中所得的聚羧酸减水剂溶液中加入NaOH溶液调节pH值至中性,所得液体即为早强型聚羧酸减水剂。
其中,步骤S4中滴加滴加液A或者滴加滴加液B采用如下滴加设备:包括机架和搅拌桶10,如图1所示,搅拌桶10固定在机架上,搅拌桶10的外形为圆柱状,搅拌桶10的轴线沿竖直方向布置,机架上位于搅拌桶10正上方的部分上固定有电机12,电机12电性连接有电机开关,电机开关固定在机架上,按一下电机开关,电机12旋转,再按一下电机开关,电机12停止转动;电机12的输出轴竖直朝下布置,电机12的输出轴上固定有转动杆14转动杆14与搅拌桶10同轴布置,转动杆14的下端延伸至搅拌桶10的内底部,转动杆14的下端和下部均固定有桨叶15。
搅拌桶10内部用于储存釜底液,启动电机12,电机12驱动转动杆14转动,转动杆14带动桨叶15对釜底液进行搅拌。
如图1所示,转动杆14上位于搅拌桶10上方的部分固定套设有凸轮13,搅拌桶10的右顶部固定有缸体20,缸体20的上端设置有单向进气阀21和单向出气阀22,缸体20的下端设置有通气孔,通气孔将缸体20内部与外界连通,缸体20内部设置有活塞23,活塞23的外侧壁上设置有第一外螺纹,缸体20的内侧壁上设置有与活塞23上的第一外螺纹相配合的第一内螺纹,活塞23上的第一外螺纹与缸体20内侧壁上的第一内螺纹不自锁,缸体20内部设置有第一弹簧24,第一弹簧24的一端固定在缸体20的底部,第一弹簧24的另一端与活塞23相抵;当活塞23在外力作用下正向旋转的过程中,第一内螺纹与第一外螺纹配合使活塞23向下运动,当活塞23在外力作用下正向旋转的过程中,第一内螺纹与第一外螺纹配合使活塞23向下运动,当作用在活塞23上的外力消失后,活塞23在第一弹簧24的作用力下向上运动,同时第一内螺纹与第一外螺纹配合使活塞23反向旋转;活塞23的上端固定连接有活塞杆25,活塞杆25竖直朝上贯穿缸体20的顶部并且与缸体20滑动密封连接,活塞杆25的上端固定有沿水平方向布置的拨块26,拨块26为沿竖直方向布置的长方形板,拨块26的数量设置有四个并且关于活塞杆25的轴线周向均匀分布,凸轮13旋转的过程中,凸轮13上距离转动杆14最远的一端可拨动其中一个拨块26,拨块26旋转带动活塞杆25和活塞23旋转。
转动杆14带动凸轮13旋转的过程中,凸轮13旋转拨动拨块26正向旋转,拨块26带动活塞杆25和活塞23正向旋转,第一内螺纹与第一外螺纹配合使活塞23向下运动,活塞23挤压第一弹簧24,缸体20内部产生负压,单向进气阀21打开,单向出气阀22关闭,缸体20内部吸气;当凸轮13与拨块26脱离后,活塞23在第一弹簧24的作用力下向上运动,同时第一内螺纹与第一外螺纹配合使活塞23反向旋转,缸体20内部产生正压,单向进气阀21关闭,单向出气阀22打开,缸体20排气。凸轮13周期性旋转的过程中,缸体20间歇性吸气和排气形成抽气泵。
如图1所示,机架上位于搅拌桶10上方的部分上固定有开口朝上的滴加桶30,滴加桶30的外形为圆柱状,滴加桶30的内部同轴固定有螺纹柱39,螺纹柱39的外周套设有滑板31,滑板31的边沿与滴加桶30的内侧壁贴合并且密封,滑板31上设置有与螺纹柱39上的第二外螺纹相配合的第二内螺纹,第二外螺纹与第二内螺纹不自锁,当滑板31在外力的作用力下向下运动时,第二外螺纹与第二内螺纹配合使滑板31正向旋转,同时第二弹簧32被压缩;当作用在滑板31上的外力消失后,第二弹簧32使滑板31向上运动,第二外螺纹与第二内螺纹配合使滑板31反向旋转;如图1所示,滑板31上固定设置有刮板311,刮板311沿滑板31的径向设置,刮板311沿竖直方向布置,刮板311远离滑板31轴线的一端与滴加桶30的内侧壁贴合,刮板311的数量设置4个并且关于滑板31的轴线周向均匀分布。如图1和图2所示,滴加桶30的上部连接有“7”字型的吸管34,吸管34通过第二固定块35固定在滴加桶30上,搅拌桶10的左侧壁上通过第一固定块11固定有沿竖直方向布置的滴加管37,吸管34通过软管36与滴加管37连通,软管36为氟橡胶材质,滴加管37的下端设置有单向出液阀38;单向进气阀21通过连接管27与滴加管37的下部连通,连接管27上靠近滴加管37的一端设置有自动阀28,自动阀28电性连接有第一自动阀开关和第二自动阀开关,第一自动阀开关和第二自动阀开关分别设置在缸体20的内顶部和底部,当活塞23运动至上方以及下方的极限位置时,活塞23可按压到第一自动阀开关和第二自动阀开关,活塞23按压到第一自动阀开关时,第一自动阀28打开,活塞23按压到第二自动阀开关时,自动阀28关闭。
缸体20吸气的过程中,缸体20利用虹吸原理,缸体20通过连接管27、滴加管37、软管36以及吸管34吸滴加桶30内部的液体,当活塞23运动至下方的极限位置后,活塞23按压到第二自动阀开关,自动阀28关闭,一部分滴加液在重力作用下经滴加管37滴入搅拌桶10内部,一部分滴加液在重力作用下回落至滴加桶30内部,当滴加液进入吸管34后,滴加桶30内部的滴加液减少,因此滑板31在第二弹簧32的作用力下向上运动,第二内螺纹与第二外螺纹配合使滑板31正向旋转,刮板311对滴加桶30内部进行搅拌并且对滴加桶30的侧壁进行刮除,避免滴加液残留在滴加桶30的内侧壁上,当滴加管37内部的部分滴加液回落至滴加桶30内部后,滴加桶30内部的滴加液的量增加,滑板31在滴加液的重力作用下向下运动,第二内螺纹与第二外螺纹配合使滑板31正向旋转,刮板311对滴加桶30内部进行搅拌并且对滴加桶30的侧壁进行刮除,避免滴加液残留在滴加桶30的内侧壁上;缸体20间歇性吸气,实现滴加液的间歇性滴加,并且实现滑板31的上下往复滑动的同时正反向旋转,对滴加桶30内部的滴加液进行搅拌,避免长时间的滴加的过程中造成的滴加液沉淀导致的影响减水剂的最终的质量。
如图2所示,滴加桶30的底部螺纹连接有螺栓33,通过旋拧螺栓33可调节第二弹簧32的预紧力,确保在通过长时间的使用后,第二弹簧32仍然可以驱动滑板31向上滑动。
由于滴加液的滴加时间是一定的,因此,需要根据待滴加的滴加液的总量以及滴加液的滴加时间对滴加液每次滴加的量进行调节。
因此,如图1所示,机架上固定有固定箱40,固定箱40的外形为长方体形状,固定箱40的右部开设有贯穿固定箱40的上下两端的通孔,软管36贯穿通孔并且与通孔固定连接,软管36的右端与固定箱40的右侧壁贴合,固定箱40顶部开设有矩形开口,矩形开口内转动连接有齿轮41,齿轮41啮合有齿条42,齿条42的右端通过圆盘状的挤压板(图中未示出)与软管36相抵,挤压板与固定箱40的右侧壁平行,齿条42的左端贯穿固定箱40的左侧壁并且与固定箱40的左侧壁转动连接,齿条42的左端固定有手柄43,手柄43的设置方便旋转齿条42,固定箱40的内底部固定有沿竖直方向布置的限位块44,限位块44上设置竖直朝上布置的限位齿45,限位齿45的横截面的形状为直角三角形,并且直角三角形的斜边朝左下方倾斜,齿条42的下端设置有与限位齿45相配合的凹槽,凹槽与限位齿45配合使齿条42在外力作用下可向右滑动,齿条42不可在自身作用力下向左滑动,从而可对齿条42进行限位。
通过旋转齿轮41,齿轮41驱动齿条42向右运动,齿条42上的挤压板挤压软管36,减小软管36的流通的横截面积,从而控制流过软管36的滴加液的流速,从而可根据需要调节滴加的快慢,控制滴加速度的原理类似于医院病人使用的输液管。当需要调大滴加速率时,通过手柄43旋转齿条42,使齿条42与齿轮41以及限位齿45脱离,手动使齿条42运动至左侧的极限位置后,再次通过手柄43旋转齿条42使齿条42与齿轮41以及限位齿45重新啮合。同理,实现滴加速度的调节。
实施例2
一种早强型聚羧酸减水剂的制备方法,包括以下步骤:
S1:将30g N-羟甲基丙烯酰胺和1g催化剂氧氯化锆溶于N,N-二甲基甲酰胺中,溶解完成后缓慢加热到120℃,慢慢加入与N-羟甲基丙烯酰胺同摩尔的L-谷氨酸,搅拌反应4小时,反应结束后,油泵旋蒸去除溶剂N,N-二甲基甲酰胺,即得早强型功能单体。
S2:按照比例将100g分子量为4000的EPEG和100g自来水加入到反应釜中,搅拌溶解成均匀透明的釜底液;
S3:将12g丙烯酸,6g步骤S1中所得的早强型功能单体,0.6g巯基乙酸和30g自来水混合成均匀的滴加液A;
S3:将0.6g吊白块和50g自来水混合成均匀的滴加液B;
S5:常温下向步骤S1中所得的釜底液中加入2g过硫酸铵,5分钟后,常温下用滴加装置同时向步骤一中的底液中匀速滴加滴加液A和滴加液B并搅拌,滴加液A和滴加液B的滴加时间分别为60分钟和70分钟,滴加完成后保温1小时结束反应,得到聚羧酸减水剂溶液;
S6:向步骤S5所得的聚羧酸减水剂溶液中加入NaOH溶液调节pH值至中性,所得液体即为早强型聚羧酸减水剂。
实施例3
一种早强型聚羧酸减水剂的制备方法,包括以下步骤:
S1:将1g催化剂对甲苯磺酸和60g三乙醇胺置于干燥的三口烧瓶中搅拌,待对甲苯磺酸溶解完成后缓慢加入20g肉桂酸,加热温度到110℃,搅拌反应3小时,反应结束后,即得肉桂酸三乙醇胺酯(不饱和胺单体);
S2:按照比例将100g分子量为4000的EPEG和100g自来水加入到反应釜中,搅拌溶解成均匀透明的釜底液;
S3:将10g丙烯酸,5g步骤S1中所得的肉桂酸三乙醇胺酯(不饱和胺单体),0.8g巯基乙醇和12g自来水混合成均匀的滴加液A;
S4:将0.6g吊白块和50g自来水混合成均匀的滴加液B;
S5:常温下,向步骤S2中所得的釜底液中加入3g过硫酸铵,5分钟后,常温下用滴加装置同时向步骤S1中所得的釜底液中匀速滴加滴加液A和滴加液B并搅拌,滴加液A和滴加液B的滴加时间分别为60分钟和70分钟,滴加完成后保温1小时结束反应,得到聚羧酸减水剂溶液;
S6:向步骤S5所得的聚羧酸减水剂溶液中加入NaOH溶液调节pH值至中性,所得液体即为早强型聚羧酸减水剂。
将本发明实施例与市售早强型聚羧酸减水剂(对比例)进行混凝土试验对比。混凝土力学性能按照GB/T50080-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》中规定的方法进行,C50混凝土试验结果如下表所示:
表1几种早强型聚羧酸减水剂的性能对比
由表1可知,本发明实施例所制得的早强型聚羧酸减水剂对比市售早强型聚羧酸减水剂,减水率高,混凝土工作性能好,可以显著提高混凝土早期强度。
以上所述的仅是本发明的实施例,方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出,对于本领域的技术人员来说,在不脱离本发明结构的前提下,还可以作出若干变形和改进,这些也应该视为本发明的保护范围,这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准,说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。