一种高减水高保坍型高性能聚羧酸减水剂的常温合成方法技术

一种高减水高保坍型高性能聚羧酸减水剂的常温合成方法，包括备料，按质量百分比配比将0.1-5%链转移剂与0.02-0.15%还原剂、水混合制得滴加料A,6-15%不饱和酸或者不饱和酸一种或一种以上与水混合的水溶液，制得滴加料B，备用；聚合，将质量百分比为1的原料大单体不饱和甲基烯基环氧乙烯醚加入反应釜，搅拌，加入0.01-0.5%氧化剂，温度控制在5-30°C，滴加A料，A料滴加5分钟后开始滴加B料，滴加时间为2-3小时，滴加完毕后静置1小时，聚合反应完毕，加入0-10%中和剂进行搅拌中和，即得减水剂。该减水剂具有掺量低、减水率高、对水泥适应性好、坍落度保持能力强的特点，本工艺方法不依赖于反应温度，大大简化了操作步骤，具有能耗低、节省生产周期、有效降低生产成本的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种减水剂的合成方法，特别是一种高减水高保坍型高性能聚羧酸减水剂的常温合成方法。
技术介绍
混凝土减水剂（又称超塑化剂,Superplasticizer)是指在混凝土和易性、水泥用量不变的条件下，能减少拌合用水量、提高混凝土强度的外加剂；减水剂通过表面活性作用、络合作用、静电排斥力或立体排斥力等来阻碍或破坏水泥颗粒的絮凝结构，从而在能够在节约水泥用量的同时，保证混凝土和易性及强度。混凝土减水剂的作用机理如下：分散作用：水泥加水拌合后，由于水泥颗粒分子引力的作用，使得水泥浆形成絮凝结构，使 10%?30%的拌合水被包裹在水泥颗粒之中，不能参与自由流动和润滑作用，从而影响了混凝土拌合物的流动性。当加入减水剂后，由于减水剂分子能定向吸附于水泥颗粒表面，使水泥颗粒表面带有同一种电荷(通常为负电荷)，形成静电排斥作用,促使水泥颗粒相互分散,絮凝结构被破坏,释放出被包裹的部分水分,参与流动,从而有效地增加了混凝土拌合物的流动性。润滑作用：减水剂中的亲水基极性很强，因此水泥颗粒表面的减水剂吸附膜能与水分子形成一层稳定的溶剂化水膜，这层水膜具有很好的润滑作用，能有效降低水泥颗粒间的滑动阻力，从而使混凝土流动性进一步提高。空间位阻作用：减水剂结构中具有亲水性的聚醚侧链，伸展于水溶液中，从而在所吸附的水泥颗粒表面形成有一定厚度的亲水性立体吸附层。当水泥颗粒靠近时，吸附层开始重叠，即在水泥颗粒间产生空间位阻作用，重叠越多，空间位阻斥力越大，对水泥颗粒间凝聚作用的阻碍也就越大，使得混凝土的坍落度保持良好。接枝共聚支链的缓释作用：新型的减水剂如聚羧酸减水剂在制备的过程中，在减水剂的分子上接枝上一些支链，该支链不仅可提供空间位阻效应，而且，在水泥水化的高碱度环境中，该支链还可慢慢被切断，从而释放出具有分散作用的聚羧酸，这样就可提高水泥粒子的分散效果， 并控制坍落度损失。    传统的减水剂，按照组成材料可分为木质素磺酸类、多环芳香族盐类和水溶性树脂磺酸类，如专利 CN101665337公开了一种利用木质素磺酸盐改性脂肪族高效减水剂；专利 CN101007719公开了一种多环芳烃磺酸盐聚合物混凝土减水剂；专利 CN101575186公开了一种脂肪族混凝土减水剂和专利 CN101723615A 公开的氨基磺酸混凝土减水剂等等。其中，传统的高效减水剂主要产品有萘磺酸盐甲醛缩合物（NSF）和三聚氰铵磺酸盐甲醛缩合物（MSF), 虽然该类产品减水率较高，但混凝土塌落度损失快，耐久性较差而不能达到制备高性能和超高性能混凝土的目的。相比于上述减水剂，聚羧酸系高性能减水剂是目前世界上科技含量较高、综合性能优良的一种混凝土减水剂。聚羧酸系高性能减水剂是由羧酸类接枝多元共聚物与其它有效助剂组成的复配产品；聚羧酸系减水剂具有减水率高、增强效果显著、混凝土的和易性较好、不影响混凝土的弹性模量、轻度坍塌时经时损失较小等优点，近年来在各种工程中应用广泛。聚羧酸系高性能减水剂优异的性能是由其特殊的分子结构决定的：聚羧酸系高性能减水剂的分子结构呈梳形，其特点是在主链上带有较多的活性基团，这些基团有磺酸基团（-S03H ）、 羧酸基团（-COOH )、羟基基团（-OH )等，侧链是较长的聚氧垸基烯基团-(CH2CH20) m-R等。 各基团对水泥的分散作用发挥不同的作用，一般认为，带有负电磺酸基和羧酸基可以吸附到水泥颗粒表面，起到锚固作用，也起到一定的静电排斥作用。长侧链在溶液中伸展起到较强的空间位阻作用，空间位阻作用对水泥颗粒的分散作用较强，且对电解质的影响不像静电作用那样敏感，因此聚羧酸系高性能减水剂具有很好的分散作用，对水泥品种的适应性也比较好。聚羧酸高性能减水剂国外从80年代就开始研发，并逐渐投入到工程应用上，获得了很好的经济效益。80 年代日本首次研发的新型聚羧酸系高性能减水剂是一种完全不同于NSF、 MSF的较为理想的减水剂，即使在低掺量时也能使混凝土具有高流动性，并在低水灰比时具有低粘度和坍落度保持性能，且与不同水泥有更好的相容性，是目前高强高流动性混凝土所不可或缺的材料。随着混凝土向高强、高性能方向发展，高分子化学和材料分子设计理论不断取得新进展，对减水剂提出了更高的要求。当前研究方向已由传统的萘系、三聚氰胺系等减水剂向新型的羧酸聚合物减水剂发展，羧酸聚合物减水剂已成为混凝土材料中的重要产品。目前市场上应用较多的聚羧酸减水剂主要有两类：一类是两步法合成的酯型聚羧酸减水剂， 其是采用甲氧基聚乙二醇 MPEG和过量甲基丙烯酸（或丙烯酸、马来酸酐、衣糠酸）先进行酯化，再用水作溶剂及底料，在一定温度下同时滴加过氧化物水溶液和甲氧基聚乙二醇 MPEG酯化物的水溶液，进行共聚，再保温熟化一定时间，降温中和得到酯型聚羧酸减水剂。另一类是醚型聚羧酸减水剂，采用不饱和醇聚醚为原料，将不饱和醇聚醚和水作为底料（有时还加入部分含活 泼双键的其它单体），投入过氧化物作催化剂，在一定温度下，同时滴加链转移剂水溶液和含活泼双键的共聚单体进行共聚，保温熟化一定时间后，降温中和得到醚型聚羧酸减水剂。这两种减水剂适应的水泥品种不同，各有优缺点，有时进行复配使用。这两种合成方法的共同点，是在生产过程中都需要保持温度及滴加活性单体，在滴加过程中需要不间断的进行搅拌，以使物料充分混合反应。CN101215119A 介绍了采用一步法制备高性能聚羧酸减水剂的方法，该方法采用先投入水和烯基聚醚为底料，升温至反应温度后投入过氧化物催化剂，滴加共聚单体和链转移剂，来合成高性能聚羧酸减水剂。该方法虽然一步合成减水剂，比两步法操作简单，但设备投资较大，共聚单体和链转移剂的滴加过程需要严格控制，生产过程需要保温，能耗较大。专利 CN101708974A公开的聚羧酸减水剂的制备方法，该方法先向溶剂中通入氮气，升温至70°C， 向溶剂中同时滴加单体溶液和引发剂溶液，然后升温至85°C反应。专利 CN101486783A公开的聚醚接枝混凝土减水剂的制备方法，该方法先在氮气保护下加热进行酯化反应，共聚合反应时，温度需控制在 80?110°C，然后加热至 120?160°C，向共聚产物中加入磺化剂进行高温磺化。该方法操作步骤多，而且所有反应均在高温下进行，反应控制困难。专利 CN101492518A公开的一种醚类减水剂的制备工艺，在 60?120°C温度范围内滴加丙烯酸和丙烯酸羟乙酯的混合溶液与催化剂，并保温反应。专利 CN101024566A公开的减水剂的制备工艺，先加入聚乙二醇单甲醚、甲基丙烯酸、对甲苯磺酸和对苯二酚，在 80?140°C反应 4?6小时；然后在 60°C 温度下加入烯丙基磺酸盐；在 65?95°C温度下，加入引发剂进行聚合反应。该方法步骤更为复杂，而且对温度的控制困难。CN101050083A 介绍了以水为溶剂的聚羧酸高性能减水剂的合成方法，首先用惰性气体置换反应器中的空气，加入水和烯丙基磺酸盐单体，水浴加热至 55?80°C；同时将单体混合液和引发剂分别滴加到反应器中，滴加时间为 1?2 小时；升温至 80?90°C反应。综本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高减水高保坍型高性能聚羧酸减水剂的常温合成方法，其特征在于，包括步骤：1）备料，按质量百分比配比将0.1〜5%链转移剂与0.02〜0.15%还原剂、水混合制得滴加料A,6〜15%不饱和酸或者不饱和酸一种或一种以上与水混合的水溶液，制得滴加料B，备用；2）聚合，将质量百分比为1的原料大单体不饱和甲基烯基环氧乙烯醚加入反应釜，搅拌使之完全溶解于溶剂中，加入0.01〜0.5%氧化剂，搅拌均匀，温度控制在5〜30°C，滴加A料，A料滴加5分钟后开始滴加B料，滴加时间为2〜3小时，确保A料B料同时滴加完，滴加完毕后静置1小时，聚合反应完毕，最后加入0〜10%中和剂进行搅拌中和，即得到高减水高保坍聚羧酸高性能减水剂。

【技术特征摘要】
1.一种高减水高保坍型高性能聚羧酸减水剂的常温合成方法，其特征在于，包括步骤：
1）备料，按质量百分比配比将0.1?5%链转移剂与0.02?0.15%还原剂、水混合制得滴加料A,6?15%不饱和酸或者不饱和酸一种或一种以上与水混合的水溶液，制得滴加料B，备用；
2）聚合，将质量百分比为1的原料大单体不饱和甲基烯基环氧乙烯醚加入反应釜，搅拌使之完全溶解于溶剂中，加入0.01?0.5%氧化剂，搅拌均匀，温度控制在5?30°C，滴加A料，A料滴加5分钟后开始滴加B料，滴加时间为2?3小时，确保A料B料同时滴加完，滴加完毕后静置1小时，聚合反应完毕，最后加入0?10%中和剂进行搅拌中和，即得到高减水高保坍聚羧酸高性能减水剂。
2.根据权利要求1所述的一种高减水高保坍型高性能聚羧酸减水剂的常温合成方法，其特征在于，所述原料大单体为含有不饱和基团的化合物；可以是不饱和醇聚醚、不饱和酸的酯、不饱和胺、不饱和酰胺、烯、烃中的一种或几种，包括甲基烯丙基聚氧乙烯醚TPEG/HPEG,烯丙基聚氧乙烯醚APEG和聚乙二醇单甲醚MPEG。
3.根据权利要求1所述的一种高减水高保坍型高性能聚羧酸减水剂的常温合成方法，其特征在于，所述不饱和酸，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟艳玲，
申请(专利权)人：江西格雷斯科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江西;36