專利名稱：保坍型聚羧酸系高性能減水劑的一步法制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于建筑材料中的混凝土外加劑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種保坍型聚羧酸系 高性能減水劑，特別涉及一種不使用有機(jī)溶劑的混凝土保坍型聚羧酸系高性能減水劑的一 步法制備方法。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)核電、水利、橋梁、隧道等大型基礎(chǔ)設(shè)施的興起，尤其是國(guó)家鐵路客運(yùn)專 線網(wǎng)工程的規(guī)劃實(shí)施，對(duì)聚羧酸系高性能外加劑的市場(chǎng)需求持續(xù)增長(zhǎng)。與傳統(tǒng)的高效減水 劑相比，聚羧酸系高性能減水劑雖然具有保坍能力強(qiáng)、減水率高、分子結(jié)構(gòu)靈活等優(yōu)點(diǎn)。但 面對(duì)國(guó)內(nèi)復(fù)雜多變的水泥及混凝土材料，聚羧酸系高性能減水劑還是經(jīng)常體現(xiàn)不出其高性 能的優(yōu)勢(shì)。在某些工程中，聚羧酸系高性能減水劑會(huì)經(jīng)常遇到減水率低、坍落度損失較快、 混凝土和易性差等水泥適應(yīng)性問(wèn)題。水泥適應(yīng)性中最常見的問(wèn)題是混凝土坍落度損失過(guò)快。在針對(duì)這個(gè)問(wèn)題上，外加 劑工作者通常以聚羧酸系高性能減水劑和葡萄糖酸鈉或蔗糖等緩凝劑復(fù)配來(lái)改善減水劑 的保坍能力。但緩凝劑的加入并不能從根本上解決其保坍能力弱的缺點(diǎn)，摻量過(guò)多反而會(huì) 使混凝土的凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)，影響施工進(jìn)度。于是，一種水泥適應(yīng)性好、混凝土坍落度保持能 力強(qiáng)的聚羧酸系高性能減水劑的研究就有很迫切的需求。聚羧酸系減水劑的合成工藝主要包括以甲氧基聚乙二醇為原料酯化合成酯類大 單體的兩步法合成減水劑工藝和以不飽和醚為原料直接一步法合成減水劑的工藝。這其 中兩步法工藝反應(yīng)溫度高、反應(yīng)周期長(zhǎng)，為了提高酯化反應(yīng)的酯化率還要采用有機(jī)溶劑作 為帶水劑，不但能耗高，其提純回收還會(huì)造成新的污染；而一步法合成工藝相比與兩步法工 藝，雖然由于生產(chǎn)周期短，溫度低，大幅度降低了生產(chǎn)能耗，但其減水率及混凝土坍落度保 持性尚不如兩步法工藝的產(chǎn)品。發(fā)明人在專利CN101209911A中采用雙羥基聚醚在溶劑條件下與馬來(lái)酸酐酯化制 備可控制坍落度損失的聚羧酸系減水劑。雖然具有一定的保坍效果，但采用溶劑制備大單 體在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)上還存在有一定的缺陷，溶劑回收中的損失以及對(duì)環(huán)境的影響較大。發(fā)明人在專利CN 101041571 A中以聚亞烷基二醇丙烯酸酯類單體、羧酸類單體、 烯丙基磺酸類單體等為原料制備了一種引氣保塌型聚羧酸鹽混凝土高效減水劑。其制備方 法也是通過(guò)先酯化后聚合的兩步法工藝，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、溫度高，能耗較高且需要使用溶劑作 為帶水劑。專利CN101066851A采用先共聚后交聯(lián)的方法制備保坍性能好的聚羧酸系減水 劑。不僅生產(chǎn)過(guò)程繁瑣，而且很多的交聯(lián)劑水溶性很差，交聯(lián)效果不理想的話還會(huì)大大影響 減水劑的狀態(tài)，出現(xiàn)渾濁分層等。專利CN 101830663 A中報(bào)道了一種保坍型聚羧酸減水劑及其制備方法，采用甲 基丙烯酸二甲氨乙酯、烯丙基聚乙二醇(APEGM00)與馬來(lái)酸酐作為原料進(jìn)行了聚羧酸系減 水劑的合成，雖然引入了甲基丙烯酸二甲氨乙酯，但由于APEG本身的問(wèn)題，減水率和保坍性都不是很好。 聚羧酸系高性能減水劑的減水率和坍落度保持能力與減水劑在水泥體系中的吸 附密切相關(guān)的，而通過(guò)改變聚合物的結(jié)構(gòu)可以改變減水劑的吸附性能。高羧基密度的聚羧 酸系高性能減水劑初始吸附多，可以提供高的混凝土減水率；低羧基密度的聚羧酸系高性 能減水劑初始吸附少，有利于混凝土的坍落度保持；用不飽和聚亞烷基二醇醚取代部份烷 氧基聚亞烷基二醇醚(甲基)丙烯酸酯，可以減少聚羧酸系高性能減水劑在水泥體系堿性條 件下的水解反應(yīng)，從而提高混凝土的坍落度保持效果；在聚羧酸系高性能減水劑中引入含 磺酸基的單體，還可以提高聚羧酸系高性能減水劑的坍落度保持效果。本發(fā)明具有低摻量 條件下也具有高坍落度保持的優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是提供一種在低摻加量下也具有高坍落度保持性能的 保坍型聚羧酸系高性能減水劑的一步法制備方法。技術(shù)方案本發(fā)明的保坍型聚羧酸系高性能減水劑的一步法制備方法包括以下 步驟
1)將不飽和聚氧乙烯醚溶解于水中，升溫至50°C 80°C，加入氧化劑溶液，攪拌均勻；
2)分別滴加還原劑溶液和共聚單體a與共聚單體b的混合溶液使其聚合；
3)保溫熟化2h 3h；
4)降至室溫并加入堿性調(diào)節(jié)劑，調(diào)節(jié)pH值為6.5 7。反應(yīng)原料的重量份數(shù)如下
不飽和聚氧乙烯醚320 420 ；
共聚單體a 10 70 ；
共聚單體b 2 30 ；
氧化劑0.1 5;；
還原劑0. Γ5 ；
水550 600。 所述的不飽和聚氧乙烯醚，其結(jié)構(gòu)式如通式(1)所示
權(quán)利要求
1.一種保坍型聚羧酸系高性能減水劑的一步法制備方法，其特征在于該方法包括以下 步驟1)將不飽和聚氧乙烯醚溶解于水中，升溫至50°C 80°C，加入氧化劑溶液，攪拌均勻；2)分別滴加還原劑溶液和共聚單體a與共聚單體b的混合溶液使其聚合；3)保溫熟化2h 3h；4)降至室溫并加入堿性調(diào)節(jié)劑，調(diào)節(jié)pH值為6.5 7。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述保坍型聚羧酸系高性能減水劑的一步法制備方法，其特征在于 反應(yīng)原料的重量份數(shù)如下不飽和聚氧乙烯醚320 420 ；共聚單體a 10 70 ；共聚單體b 2 30 ；氧化劑0.1 5;；還原劑0. Γ5 ；水550 600。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保坍型聚羧酸系高性能減水劑的一步法制備方法，其特征在 于，在步驟1)中所述的不飽和聚氧乙烯醚，其結(jié)構(gòu)式如通式(1)所示通式(1)中氓、1 2和民各自獨(dú)立的表示氫原子或甲基；R4表示碳原子數(shù)為廣4的烷基； Ra表示碳原子數(shù)為2 18的亞烷基；m表示由IfO平均加成摩爾數(shù)為廣300 ；X表示碳原子數(shù) 為廣5的二價(jià)亞烷基；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述保坍型聚羧酸系高性能減水劑的一步法制備方法，其特征在 于，在步驟1)中所述的氧化劑是雙氧水或叔丁基過(guò)氧化氫。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保坍型聚羧酸系高性能減水劑的一步法制備方法，其特征在 于，在步驟1)中共聚單體中的共聚單體a，其結(jié)構(gòu)式如通式(2)所示
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保坍型聚羧酸系高性能減水劑的一步法制備方法，其特征在于，在步驟1)中共聚單體中的共聚單體b，其結(jié)構(gòu)式如通式(3)所示通式(3)中&表示氫或廣5個(gè)碳原子數(shù)的烷基基團(tuán)、苯基基團(tuán)或烷苯基基團(tuán)，M2表示 氫原子、一價(jià)金屬原子、二價(jià)金屬原子、銨基或有機(jī)胺基； 所述的共聚單體b，其結(jié)構(gòu)式或者如通式(4)所示
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述保坍型聚羧酸系高性能減水劑的一步法制備方法，其特征在 于，在步驟2)中所述的還原劑是亞硫酸鹽、亞硫酸氫鹽、硫代硫酸鹽、次磷酸鹽、抗壞血酸、 L-抗壞血酸中一種或幾種的混合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述保坍型聚羧酸系高性能減水劑的一步法制備方法，其特征在于 步驟2)滴加聚合的過(guò)程中，還原劑溶液比共聚單體溶液晚半個(gè)小時(shí)滴完。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述保坍型聚羧酸系高性能減水劑的一步法制備方法，其特征在 于，所述步驟3)進(jìn)一步包括在所述熟化過(guò)程中，攪拌物料為ltT3h。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述保坍型聚羧酸系高性能減水劑的一步法制備方法，其特征在 于，在步驟3)中加入的堿性調(diào)節(jié)劑為氨水、碳酸氫銨、有機(jī)胺、一價(jià)金屬或二價(jià)金屬的氫氧 化物或其碳酸鹽中的一種。
全文摘要
保坍型聚羧酸系高性能減水劑的一步法制備方法，包括以下步驟首先，將不飽和聚氧乙烯醚溶解于水中，升溫至50℃~80℃，加入氧化劑溶液，攪拌均勻；然后，分別滴加還原劑溶液和共聚單體溶液使其聚合；接著，保溫熟化1h~3h；最后，降至室溫并加入堿性化合物，調(diào)節(jié)pH值為6.5~7，得到保坍型聚羧酸系高性能減水劑。本發(fā)明通過(guò)對(duì)原有不飽和聚氧乙烯醚將端羥基上的氫用含不飽和鍵的烯丙基取代，使烷氧基聚乙二醇的末端基團(tuán)由原來(lái)活潑性的羥基，變?yōu)楝F(xiàn)在惰性的烷基，大大減少共聚產(chǎn)物的副產(chǎn)物、分子量分布變窄，從而使得合成出的減水劑減水率高、保坍性好。
文檔編號(hào)C04B103/30GK102120805SQ201110029528
公開日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2011年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月27日
發(fā)明者徐唯唯, 杜志芹, 楊立志, 沈燕平, 祝燁然, 陳國(guó)新, 黃國(guó)泓 申請(qǐng)人:南京瑞迪高新技術(shù)公司