高性能减水剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高性能减水剂，按重量份数计，其原料包括，聚乙二醇20～30份、1,4,5,8‑萘四甲酸酐15～19份、引发剂A 2.5～5份、浓硫酸1～5份、(S)‑(‑)‑2‑氨基‑4‑戊烯酸15～21份、分子量调节剂0.9～3份、引发剂B 5～9份、去离子水60～80份、NaOH固体颗粒1～3份。该种高性能减水剂具有良好的减水性能。

【技术实现步骤摘要】
高性能减水剂及其制备方法
本专利技术涉及混凝土外加剂领域，更具体的说，它涉及一种高性能减水剂及其制备方法。
技术介绍
减水剂是目前研究和使用最广泛的一种混凝土外加剂，已成为混凝土除水泥、砂、石、水以外的第五种组成部分。减水剂是在混凝土坍落度基本相同和不影响和易性的条件下，具有减水、缓凝等效果的外加剂，也有增加混合物的流变性或节约水泥用量的作用。在工程中使用减水剂的主要目的是减少混凝土用水量，降低水灰比，节约单方水泥用量，并改善其和易性。混凝土施工过程中，为了提高混凝土的密实性和强度，必须降低水灰比，但是水泥用量增大以及水灰比降低会使混凝土的粘度增大，流动性能变差。目前，为了解决混凝土强度与流动度之间矛盾最有效的途径是掺入高性能减水剂。高性能减水剂是提高混凝土强度、改善性能、节约水泥用量及节省能耗方面的有效措施，在保证混凝土强度的前提下，保证了混凝土的流动性能。其中，聚羧酸减水剂是一种高性能减水剂，广泛应用于公路、桥梁、大坝、隧道、高层建筑等工程。聚羧酸类减水剂属于阴离子表面活性剂，其分子结构呈梳形，特点是在主链上带多个活性基团，并且极性较强；侧链带有亲水性的活性基团，并且链较长，数量多；疏水基的分子链段较短，数量较少。聚羧酸减水剂分子结构中主侧链长度对减水剂的分散性、分散保持性、水泥水化有重要的影响。目前，聚羧酸减水剂的合成过程主要为，先通过酯化反应制备具有聚合活性的大单体，然后将一定配比的单体混合在一起，直接采用溶液聚合而得成品。但是在制备大单体的过程中，由于工艺条件难以控制等原因，酯化率难以控制，导致难以控制聚羧酸减水剂的分子量，如果聚羧酸减水剂的相对分子质量过大，聚合物的分散性能不好，如果相对分子质量过小，则聚合物维持坍落度的能力不高，缓凝时间较短，无法满足泵送施工及高强高性能混凝土的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高性能减水剂，其酯化后的活性大单体保持相对稳定的酯化率，该种高性能减水剂对水泥的减水率较高。本专利技术的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：一种高性能减水剂，按重量份数计，其原料包括：聚乙二醇20～30份、1，4，5，8-萘四甲酸酐15～19份、引发剂A2.5～5份、浓硫酸1～5份、(S)-(-)-2-氨基-4-戊烯酸15～21份、分子量调节剂0.9～3份、引发剂B5～9份、去离子水60～80份、NaOH固体颗粒1～3份。通过采用上述技术方案，聚乙二醇首先与1，4，5，8-萘四甲酸酐发生酯化反应，生成活性大单体；之后生成的活性大单体与以后与(S)-(-)-2-氨基-4-戊烯酸发生聚合反应，生成高性能减水剂。优选的，所述聚乙二醇的分子量为8000～10000。通过采用上述技术方案，通过控制聚乙二醇的分子量，调节制备得到的高性能减水剂的分子量。优选的，所述引发剂A为4，4′-二羟基联苯、4-己基-1，3-苯二酚的混合物。优选的，所述4，4′-二羟基联苯与4-己基-1，3-苯二酚的质量比为2∶3。通过采用上述技术方案，4，4′-二羟基联苯与4-己基-1，3-苯二酚的复配使用，提高制备大分子单体的酯化率。优选的，所述引发剂为B过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠中的混合物。优选的，所述过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠的质量比1∶1∶1。通过采用上述技术方案，硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠的复配使用，提高高性能减水剂的聚合度。优选的，所述聚合步骤中分子量调节剂为十二烷硫醇、3-巯基乙酸、3-巯基丙酸中的一种或多种。通过采用上述技术方案，通过使用十二烷硫醇、3-巯基乙酸、3-巯基丙酸提高高性能减水剂的分子量。本专利技术的另一目的在于提供上述所述高性能减水剂的制备方法。本专利技术的上述目的是通过以下技术方案得以实现的，一种高性能减水剂的制备方法，包括以下步骤：酯化：取聚乙二醇以及1，4，5，8-萘四甲酸酐，将聚乙二醇和1，4，5，8-萘四甲酸酐熔融后同时加入反应釜中，搅拌均匀后，充入氮气，同时加入引发剂A，升高反应釜温度250～300℃，均匀搅拌2～3h，后加入浓硫酸，继续升高反应釜温度300℃～330℃，均匀搅拌3～4h，待反应完成后，得到酯化后的大分子单体；聚合：取制备得到的大分子单体、(S)-(-)-2-氨基-4-戊烯酸、分子量调节剂均匀混合，得到混合物C；取引发剂B、去离子水均匀混合，得到混合物D；将反应釜升温至100～120℃，同时滴加混合物C以及混合物D，混合物C与混合物D在4～5h滴加完毕，保温2～2.5h；中和：将聚合后的产物降温至55～60℃下，边搅拌边加入NaOH固体颗粒，调节pH值为6-7，反应完成后，制备得到高性能减水剂。通过采用上述技术方案，首先通过调节酯化步骤的反应参数，聚乙二醇与1，4，5，8-萘四甲酸酐的酯化反应过程中，使两者生成的大分子活性单体保证适当的酯化率；之后合成的大分子活性单体与(S)-(-)-2-氨基-4-戊烯酸发生聚合反应，通过控制聚合反应的反应参数，制备得到高性能减水剂。优选的，所述酯化过程中反应釜内通入氮气的流量为15～29m2/h。通过采用上述技术方案，聚乙二醇与1，4，5，8-萘四甲酸酐的酯化反应过程中，通过控制通入反应釜内部的氮气流量，保证反应釜内部的压力恒定，使制备得到的高性能减水剂有良好的减水率。综上所述，本专利技术具有以下有益效果：1、通过调节酯化反应生成的大分子单体的酯化率，保证大分子单体聚合的过程中生成的高性能减水剂有良好的减水性能。2、制备得到的高性能减水剂分子链呈梳形结构，而且主链的短侧链长，主侧链上带有活性基团，通过空间位阻作用，使高性能减水剂具有良好的减水性能。3、制备得到的高性能减水剂对水泥的保坍性能好，60min内坍落度基本不损失，可显著提高减水率和保持流动性。具体实施方式本专利技术实施例中所涉及的所有物质均为市售。各实施例中所用到样品的规格如表1所示。表1以下各实施例中所用到样品的规格去离子水通过去离子水设备自制。各实施例中所用的原料配比如表2所示。表2各实施例中的组分含量其中，实施例1至实施例4中，聚乙二醇的分子量为9000；实施例5至实施例6中，聚乙二醇的分子量为8000；实施例7至实施例8中，聚乙二醇的分子量为10000。以上各实施例中的高性能减水剂的制备方法如下：酯化：取聚乙二醇以及1，4，5，8-萘四甲酸酐，将聚乙二醇和1，4，5，8-萘四甲酸酐熔融后同时加入反应釜中，搅拌均匀后，充入氮气，氮气流量为S，同时加入引发剂A，升高反应釜温度T1，均匀搅拌t1，后加入浓硫酸，继续升高反应釜温度T2，均匀搅拌t2，待反应完成后，得到酯化后的大分子单体；聚合：取制备得到的大分子单体、(S)-(-)-2-氨基-4-戊烯酸、分子量调节剂均匀混合，得到混合物C；取引发剂B、去离子水均匀混合，得到混合物D；将反应釜升温至T3，同时滴加混合物C以及混合物D，混合物C与混合物D在t3滴加完毕，保温t4；中和：将聚合后的产物降温至T4，边搅拌边加入NaOH固体颗粒，调节pH值至中性，反应完成后，制备得到高性能减水剂。各实施例中所用的工艺参数如表3所示。表3各实施例中的工艺参数以上各实施例制备的高性能减水剂所采用的评价指标及检测方法如下：减水率：按照GB/T8077《混凝土外加剂均质性试验方法》，对高性能减水剂的减水率进行测定。水泥净浆流动度：按照本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高性能减水剂，其特征是，按重量份数计，其原料包括：聚乙二醇20～30份、1，4，5，8‑萘四甲酸酐15～19份、引发剂A 2.5～5份、浓硫酸1～5份、(S)‑(‑)‑2‑氨基‑4‑戊烯酸15～21份、分子量调节剂0.9～3份、引发剂B 5～9份、去离子水60～80份、NaOH固体颗粒1～3份。

【技术特征摘要】
1.一种高性能减水剂，其特征是，按重量份数计，其原料包括：聚乙二醇20～30份、1，4，5，8-萘四甲酸酐15～19份、引发剂A2.5～5份、浓硫酸1～5份、(S)-(-)-2-氨基-4-戊烯酸15～21份、分子量调节剂0.9～3份、引发剂B5～9份、去离子水60～80份、NaOH固体颗粒1～3份。2.根据权利要求1所述的高性能减水剂，其特征是，所述聚乙二醇的分子量为8000～10000。3.根据权利要求1所述的高性能减水剂，其特征是，所述引发剂A为4，4′-二羟基联苯、4-己基-1，3-苯二酚的混合物。4.根据权利要求3所述的高性能减水剂，其特征是，所述4，4′-二羟基联苯与4-己基-1，3-苯二酚的质量比为2∶3。5.根据权利要求1所述的高性能减水剂，其特征是，所述引发剂为B过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠中的混合物。6.根据权利要求5所述的高性能减水剂，其特征是，所述过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠的质量比1∶1∶1。7.根据权利要求1所述的高性能减水剂，其特征是，所述聚合步骤中分子量调节剂为十二烷硫醇、3-巯基...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵家琦，
申请(专利权)人：北京恒安外加剂有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11