專利名稱：一種以聚乙二醇單乙醚為原料的聚羧酸系減水劑及其制備方法和使用方法
一種以聚乙二醇單乙醚為原料的聚羧酸系減水劑及其制備方法和使用方法技術領域
本發(fā)明是一種以聚乙二醇單乙醚為原料的聚羧酸系減水劑及其制備方法和使用方法；屬于使用高分子材料作為砂漿混凝土的有效成分，應用于建筑材料技術領域。
背景技術：
水泥混凝土是用量最大的建筑材料，強度高、流動性好的水泥混凝土一直是人民所希望的，研究發(fā)現，水泥混凝土的強度與拌制混凝土時加入的水量密切相關，加水量大， 對提高流動性有利，便于施工，但混凝土的強度會隨著用水量的增加明顯降低。為了解決這一技術問題，各種減水劑產品進入市場。
聚羧酸系減水劑不僅具有高的減水率，而且還具有摻量低、新拌混凝土坍落度保持能力好、硬化混凝土收縮小、堿含量低、無氯和清潔環(huán)保等特性，適合于配制高性能混凝土。進入21世紀，聚羧酸系減水劑已在高層建筑物、大跨度橋梁、海洋鉆井平臺、隧道等工程中得到廣泛應用。
根據所采用的含有羧基的不飽和單體及單體的組合方式不同，或者合成技術路線不同，可以得到多種具有不同結構和性能特點的聚羧酸系減水劑。目前市場上的聚羧酸系減水劑主要是甲基丙烯酸/丙烯酸甲酯類聚羧酸系減水劑和烯丙基醚類聚羧酸系減水劑。
甲基丙烯酸/丙烯酸甲酯類聚羧酸系減水劑是由甲基丙烯酸MAA和甲基丙烯酸聚乙二醇單甲醚酯化物MAA-MPEG進行自由基聚合作用產生的，主鏈和支鏈依靠酯鍵連接，在該類減水劑的合成中，MAA與聚乙二醇單甲醚MPEG的摩爾比在1. 5 6 1范圍內變化， MPEG中的聚氧乙烯單元數量在5 130之間，反應過程中添加鏈轉移劑來調節(jié)聚合物的相對分子質量；此類工藝所用原材料甲基丙烯酸價格高，導致聚羧酸系減水劑成本增加，缺乏市場競爭力，且工藝較復雜，酯化過程難控制，酯化產物對聚合反應及最終產品的性能影響很大。
烯丙基醚類聚羧酸系減水劑是由APEG、馬來酸酐、引發(fā)劑等原材料經過共聚反應來制取，在主鏈和支鏈之間有一個醚鍵作為連接官能團；此類工藝不需要兩步合成，且原材料價格低廉，但產品性能不及甲基丙烯酸/丙烯酸甲酯類聚羧酸系減水劑。
現今，對聚羧酸系減水劑的研究的重點是降低成本、簡化工藝，增強市場競爭力， 同時也要滿足良好的綜合性能要求。發(fā)明內容
本發(fā)明目的在于避免上述現有技術中的不足之處，而提供一種減水率高、生產工藝簡單、生產成本低、施工時流動性保持性能好、混凝土固化后材料強度高的理想的以聚乙二醇單乙醚為原料的聚羧酸系減水劑以及制備方法和使用方法。
本發(fā)明的目的可以通過如下措施來達到
本發(fā)明的以聚乙二醇單乙醚為原料的聚羧酸系減水劑，其特征在于由如下以重量份數計的原料組成
聚乙二醇單乙醚100甲基丙烯酸7 28丙烯酸6 30甲基丙烯磺酸鈉6 20對苯二酚0.15 0.60對甲苯磺酸2 3過硫酸銨2.35 3.15氫氧化鈉8 20水200 820
制備方法包括如下步驟
首先準確稱取水200 820重量份，備以下各步驟分用；
①酯化大單體的制備
將準確計量的聚乙二醇單乙醚100重量份，甲基丙烯酸7 28重量份，對苯二酚 0. 15 0. 60重量份和對甲苯磺酸2 3重量份，依次投入反應釜中，通入保護氣體氮氣， 攪拌，控制酯化反應溫度100°c 140°c，酯化脫水縮合反應時間5 9小時，得到酯化大單體，降至室溫，備聚合用；
②聚羧酸系減水劑的制備
a丙烯酸和酯化大單體混合液的制備
將步驟①制備的酯化大單體與丙烯酸6 30重量份混合均勻，抽入高位槽A中， 備聚合滴加用；
b過硫酸銨水溶液的制備
將準確計量的過硫酸銨2. 35 3. 15重量份，溶于水，抽入高位槽B中，備聚合滴加用；
c 聚合
在聚合反應釜中，投入適量水，將準確計量的甲基丙烯磺酸鈉6 20重量份投入， 攪拌下充分溶解，同時向反應釜內通入保護氣體氮氣，分別滴加步驟a制備的丙烯酸和酯化大單體混合液和步驟b制備過硫酸銨水溶液，在50°C 100°C溫度下，滴加1 4小時， 繼續(xù)保溫反應1 4小時，降至室溫，待中和；
③中和
在經步驟c聚合反應后的物料中，加入氫氧化鈉水溶液中和，調節(jié)pH值至6. 8 7. 2，混合均勻，即得聚羧酸系減水劑產品；
④包裝、入庫
取樣，質量檢驗，合格后包裝、入庫；
整個制備過程用水總量為200 820重量份。
本發(fā)明中，用聚乙二醇單乙醚EPEG代替現有技術中的聚乙二醇單甲醚MPEG，形成側鏈，產生物理的空間阻礙作用，防止水泥顆粒凝聚，保持分散性；長側鏈的聚羧酸系減水劑具有較好的流動度保持性，而短側鏈的聚羧酸系減水劑具有較好的初始流動度。更重要的是EPEG可與丙烯酸、甲基丙烯磺酸鈉發(fā)生聚合反應，引入羧基和磺酸基，羧基具有減水、 緩凝及保坍等作用，磺酸基具有高減水作用，改善聚羧酸系減水劑的性能。對甲苯磺酸為催化劑，活性高，加速酯化反應的進行；對苯二酚為阻聚劑，防止甲基丙烯酸自聚；過硫酸銨為引發(fā)劑，可使各單體參與聚合反應。氫氧化鈉用來調節(jié)反應產物溶液的PH值。
本發(fā)明的合成產物為褐色透明液體，固含量為20% 40%，凈漿中減水劑摻入量為水泥重量的0. 10 % 0. 30 %，混凝土中減水劑摻入量為水泥重量的0. 20 % 0. 40 %，能使其具有高減水率和較好的流動度保持性，能滿足較高的施工要求，并在一定程度上提高混凝土強度。與現有的工藝相比，以聚乙二醇單乙醚EPEG為原材料的聚羧酸系減水劑的性能穩(wěn)定，尤其是能夠降低聚羧酸系減水劑的生產成本。
本發(fā)明的目的還可以通過如下措施來達到
本發(fā)明的以聚乙二醇單乙醚EPEG為原材料的聚羧酸系減水劑，由如下以較佳重量份數計的原料組成
聚乙二醇單乙醚100甲基丙烯酸10 25丙烯酸10 25甲基丙烯磺酸鈉10 16對苯二酚0.20 0.50對甲苯磺酸2.25 2.75過硫酸銨2.50 3.00氫氧化鈉10 18
水27 570。
是優(yōu)選的技術方案。
本發(fā)明的以聚乙二醇單乙醚EPEG為原材料的聚羧酸系減水劑，所述聚乙二醇單乙醚的數均分子量為600 MOO。
本發(fā)明的以聚乙二醇單乙醚EPEG為原材料的聚羧酸系減水劑，制備方法步驟① 酯化大單體的制備中所述酯化反應溫度是110°c 130°c，酯化脫水縮合反應6 8小時是優(yōu)選的技術方案。
本發(fā)明的以聚乙二醇單乙醚EPEG為原材料的聚羧酸系減水劑，制備方法步驟② 中所述聚合反應溫度是60°C 90°C溫度下，滴加時間是2 3小時，繼續(xù)保溫反應時間為 2 3小時是優(yōu)選的技術方案。
本發(fā)明的以聚乙二醇單乙醚EPEG為原材料的聚羧酸系減水劑的使用方法，其特征在于凈漿中減水劑添加量為水泥重量的0. 10% 0. 30%，混凝土中的添加量為水泥重量的 0. 20% 0. 40%。
本發(fā)明的以聚乙二醇單乙醚EPEG為原材料的聚羧酸系減水劑的應用，其特征在于適用于高層建筑物、大跨度橋梁、海洋鉆井平臺、隧道、大壩、機場建設中。
本發(fā)明的以聚乙二醇單乙醚EPEG為原材料的聚羧酸系減水劑、制備方法及使用方法，相比現有技術有如下積極效果
1提供了一種減水率高、生產工藝簡單、生產成本低、施工時流動性保持性能好、 混凝土固化后材料強度高的理想的以聚乙二醇單乙醚EPEG為原材料的聚羧酸系減水劑及其制備方法和使用方法。
2制得的聚羧酸系減水劑，添加量為水泥重量的0. 10% 0. 3%時，可使水灰比為0. 29的水泥凈漿流動度達到^Omm 300mm，2小時的凈漿流動度損失為Omm 40mm ； 在混凝土中摻入0. 2% 0. 4%的該減水劑，混凝土減水率達27% 32%，2小時的坍落度損失為IOmm 30mm，28天抗壓強度比達120% 1；35%。
3簡化了生產工藝，降低了生產成本。
4適用于高層建筑物、大跨度橋梁、海洋鉆井平臺、隧道、機場建設中。
具體實施方式
本發(fā)明下面將結合實施例作進一步詳述
實施例1
按照如下方法和步驟制備本發(fā)明的以聚乙二醇單乙醚EPEG為原材料的聚羧酸系減水劑。
首先準確稱取水820重量份，備以下各步驟分用；
①酯化大單體的制備
將準確計量的分子量600的聚乙二醇單乙醚100重量份，甲基丙烯酸28重量份， 對苯二酚0. 60重量份和對甲苯磺酸3重量份，依次投入反應釜中，通入保護氣體氮氣，攪拌，控制酯化反應溫度10(TC，酯化脫水縮合反應時間5小時，得到酯化大單體，降至室溫， 備聚合用；
②聚羧酸系減水劑的制備
a丙烯酸和酯化大單體混合液的制備
將步驟①制備的酯化大單體與丙烯酸30重量份混合均勻，抽入高位槽A中，備聚合滴加用；
b過硫酸銨水溶液的制備
將準確計量的過硫酸銨3. 15重量份，溶于水，抽入高位槽B中，備聚合滴加用；
c 聚合
在聚合反應釜中，投入適量水，將準確計量的甲基丙烯磺酸鈉20重量份投入，攪拌下充分溶解，同時向反應釜內通入保護氣體氮氣，分別滴加步驟a制備的丙烯酸和酯化大單體混合液和步驟b制備過硫酸銨水溶液，在50°C溫度下，滴加1小時，繼續(xù)保溫反應4 小時，降至室溫，待中和；
③中和
在經步驟c聚合反應后的物料中，加入氫氧化鈉水溶液中和，調節(jié)PH值至72，混合均勻，即得聚羧酸系減水劑產品；
④包裝、入庫
取樣，質量檢驗，合格后包裝、入庫；
整個制備過程用水總量為820重量份。
制得的聚羧酸系減水劑，添加量為水泥重量的0. 10%時，可使水灰比為0. 29的水泥凈漿流動度為觀0讓，2小時的凈漿流動度損失為40mm ；在混凝土中摻入0. 30%的該減水劑，混凝土減水率達30%，2小時的坍落度損失為30mm，觀天抗壓強度比達120%。
實施例2 實施例5
按照實施例1的方法和步驟，按照表1的配方制備本發(fā)明的聚羧酸系減水劑。
表 權利要求
1. 一種以聚乙二醇單乙醚為原料的聚羧酸系減水劑，其特征在于由如下以重量份數計的原料組成聚乙二醇單乙醚100甲基丙烯酸7 28丙烯酸6 30甲基丙烯磺酸鈉6 20對苯二酚0.15 0.60對甲苯磺酸2 3過硫酸銨2.35 3.15氫氧化鈉8 20水200 820制備方法包括如下步驟首先準確稱取水200 820重量份，備以下各步驟分用；①酯化大單體的制備將準確計量的聚乙二醇單乙醚100重量份，甲基丙烯酸7 28重量份，對苯二酚 0. 15 0. 60重量份和對甲苯磺酸2 3重量份，依次投入反應釜中，通入保護氣體氮氣， 攪拌，控制酯化反應溫度100°c 140°c，酯化脫水縮合反應時間5 9小時，得到酯化大單體，降至室溫，備聚合用；②聚羧酸系減水劑的制備a丙烯酸和酯化大單體混合液的制備將步驟①制備的酯化大單體與丙烯酸6 30重量份混合均勻，抽入高位槽A中，備聚合滴加用；b過硫酸銨水溶液的制備將準確計量的過硫酸銨2. 35 3. 15重量份，溶于水，抽入高位槽B中，備聚合滴加用；c聚合在聚合反應釜中，投入適量水，將準確計量的甲基丙烯磺酸鈉6 20重量份投入，攪拌下充分溶解，同時向反應釜內通入保護氣體氮氣，分別滴加步驟a制備的丙烯酸和酯化大單體混合液和步驟b制備過硫酸銨水溶液，在50°C 100°C溫度下，滴加1 4小時，繼續(xù)保溫反應1 4小時，降至室溫，待中和；③中和在經步驟c聚合反應后的物料中，加入氫氧化鈉水溶液中和，調節(jié)PH值至6. 8 7. 2， 混合均勻，即得聚羧酸系水劑產品；④包裝、入庫取樣，質量檢驗，合格后包裝、入庫。
2.按照權利要求1的以聚乙二醇單乙醚為原料的聚羧酸系減水劑，其特征在于由如下以較佳重量份數計的原料組成2聚乙二醇單乙醚100甲基丙烯酸10 25丙烯酸10 25甲基丙烯磺酸鈉10 16對苯二酚0.20 0.50對甲苯磺酸2.25 2.75過硫酸銨2.50 3.00氫氧化鈉10 18水27 570。
3.按照權利要求1的以聚乙二醇單乙醚為原料的聚羧酸系減水劑，其特征在于所述聚乙二醇單乙醚EPEG的數均分子量為600 2400.。
4.按照權利要求1的以聚乙二醇單乙醚為原料的聚羧酸系減水劑，其特征在于制備方法步驟①酯化大單體的制備中所述酯化反應溫度是110°C 130°C，酯化脫水縮合反應6 8小時。
5.按照權利要求1的以聚乙二醇單乙醚為原料的聚羧酸系減水劑，其特征在于制備方法步驟②中所述聚合反應溫度是60°C 90°C溫度下，滴加時間是2 3小時，繼續(xù)保溫反應時間為2 3小時。
6.權利要求1的以聚乙二醇單乙醚為原料的聚羧酸系減水劑的使用方法，其特征在于凈漿中減水劑添加量為水泥重量的0. 10% 0. 30%，砂漿混凝土中的添加量為水泥重量的 0. 20% 0. 40%。
7.權利要求1的以聚乙二醇單乙醚為原料的聚羧酸系減水劑的應用，其特征在于適用于高層建筑物、大跨度橋梁、海洋鉆井平臺、隧道、大壩、機場建設中。
全文摘要
本發(fā)明是一種以聚乙二醇單乙醚為原料的聚羧酸系減水劑及其制備方法和使用方法；屬于建筑材料技術領域。由如下以重量份數計的原料組成聚乙二醇單乙醚100，甲基丙烯酸7～28，丙烯酸6～30，甲基丙烯磺酸鈉6～20，對苯二酚0.15～0.60，對甲苯磺酸2～3，過硫酸銨2.35～3.15，氫氧化鈉8～20，水200～820。提供了一種減水率高、生產工藝簡單、生產成本低、施工時流動性保持性能好、混凝土固化后材料強度高的理想的聚羧酸系減水劑、制備方法及使用方法?；炷翜p水率達27％～32％，2小時的坍落度損失為10mm～30mm，28天抗壓強度比達120％～135％。簡化了生產工藝，降低了生產成本；適用于高層建筑物、大跨度橋梁、海洋鉆井平臺、隧道、機場建設中。
文檔編號C04B103/30GK102504140SQ201110389010
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月30日 優(yōu)先權日2011年11月30日
發(fā)明者張?zhí)焖? 杜輝, 楊學園, 羅瓊, 董建國 申請人:上海東大化學有限公司