抗裂增强型聚羧酸减水剂及其制备工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种混凝土抗裂增强型聚羧酸高性能减水剂，通过酯化反应和自由基聚合反应等步骤制备；从减小混凝土溶液表面张力出发，在聚羧酸减水剂的分子结构中引入抗裂功能基团，有效降低混凝土的收缩，改善混凝土的收缩开裂；本发明专利技术的抗裂增强型聚羧酸高性能减水剂使水泥胶砂的28d干燥收缩减少了20%～30%，28d抗压强度增加了7～11MPa，抗折强度增加了0.3～0.6MPa。

Crack-Resistant Reinforced Polycarboxylic Water Reducer and Its Preparation Technology

The invention discloses a concrete crack-resistant reinforced polycarboxylic acid high-performance water reducer, which is prepared by esterification reaction and free radical polymerization reaction. Starting from reducing the surface tension of concrete solution, crack-resistant functional groups are introduced into the molecular structure of polycarboxylic acid water reducer to effectively reduce the shrinkage of concrete and improve the shrinkage and cracking of concrete. The drying shrinkage of cement mortar decreased by 20%-30% in 28 days with acid superplasticizer. The compressive strength increased by 7-11 MPa and the flexural strength increased by 0.3-0.6 MPa in 28 days.

【技术实现步骤摘要】
抗裂增强型聚羧酸减水剂及其制备工艺
本专利技术涉及一种抗裂增强型聚羧酸高性能减水剂，特别涉及抗裂增强型聚羧酸减水剂的合成工艺，属于混凝土减水剂领域。
技术介绍
混凝土因收缩而引起的裂缝会影响混凝土建筑物的外观、降低混凝土的使用寿命，甚至会引起混凝土结构的安全问题。混凝土收缩主要有：化学收缩、塑性收缩、干燥收缩等，而混凝土减缩剂（ShrinkageReducingAgent、简写为SRA）能显著减小混凝土硬化过程中产生的干缩而对其他性能影响较小，是一种非离子型表面活性剂，主要是基于毛细管张力造成混凝土及其他材料干燥收缩的理论而研制的。减缩剂可以明显降低混凝土内部孔溶液的表面张力，降低水分散失引起的毛细孔收缩应力，从而防止混凝土的干燥收缩开裂，减缩剂的应用将成为抑制高性能混凝土收缩开裂的重要手段之一。随着混凝土行业的发展，减水剂已成为混凝土中不可或缺的组分，其中聚羧酸系减水剂由于具有减水率高、保坍性好、分子结构可设计及绿色环保等优点，已成为混凝土减水剂的主流发展方向。而普通聚羧酸系减水剂虽能改善混凝土收缩问题，但仍不能有效解决混凝土的开裂问题。但是，由于聚羧酸系减水剂分子结构的多样性，通过对聚羧酸系减水剂的分子进行设计，开发出减缩抗裂型聚羧酸减水剂，对于提高和改善混凝土结构的耐久性具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，设计合成出一种混凝土抗裂增强型聚羧酸减水剂，从减缩剂和聚羧酸高性能减水剂分子结构出发，将具有减缩抗裂功能的单体通过两步反应引入聚羧酸高性能减水剂分子中，提供一种抗裂增强型聚羧酸高性能减水剂及其制备方法，在赋予普通聚羧酸高性能减水剂抗裂性能的同时，不影响其减水效果，且对其强度有一定的增强作用。本专利技术的技术方案为：混凝土抗裂增强型聚羧酸减水剂，其分子结构通式如下：式中，a、b、c表示各单体在聚合物中的聚合度，a=1～250、b=1～250、c=1～100；n为聚氧乙烯结构的重复单元数，为5～8；m为聚氧丙烯结构重复单元数，为5～10。上述混凝土抗裂增强型聚羧酸减水剂的合成工艺，包括以下步骤：（1）抗裂功能单体的酯化反应：将42.45重量份抗裂功能单体、5.2～15.6重量份马来酸酐加入装有温度计、搅拌器、回流冷凝管的三口烧瓶中，加热至60℃，回流、搅拌，保温反应1～3小时，得淡黄色的酯化后的抗裂功能单体，通过酯化反应，在抗裂功能单体中引入马来酸酯；（2）抗裂增强型聚羧酸高性能减水剂的制备：将66.67重量份聚氧乙烯醚大单体（F-108）、12.47重量份步骤（1）得到的酯化后的抗裂功能单体以及70重量份水，加入装有搅拌器、温度计的四口烧瓶中；搅拌并升温至50℃，加入0.6重量份过硫酸铵；将0.203重量份巯基乙酸和35重量份水配成混合溶液A，将2.5重量份丙烯酸和30重量份水配成混合溶液B；同时滴加混合溶液A和B，滴加温度为50℃，混合溶液A3.5小时全部滴完，混合溶液B3小时全部滴完；滴加完毕后升温至60℃，并保温反应1小时；之后将反应温度降至40℃，加入41重量份水，用质量分数30%NaOH溶液调节pH为6～7，即得具有减水、抗裂性能的抗裂增强型聚羧酸高性能减水剂。所述步骤（2）中巯基乙酸和水的混合溶液A、丙烯酸和水的混合液B应在加入引发剂过硫酸铵之后同时滴加，且混合溶液A滴加时间为3.5小时，混合溶液B滴加时间为3小时。目的是为了通过滴加装置使反应体系的单体链转移剂浓度保持恒定，反应速率和链转移速率可控，使合成的抗裂增强型聚羧酸减水剂分子具有规整的主、侧链结构。其中，所述抗裂功能单体和马来酸酐的酯化反应单体摩尔比在1：1～3。所述抗裂功能单体为末端双键的单元醇类，其分子结构如下：式中，n为聚氧乙烯结构的重复单元数，为5～8，m为聚氧丙烯结构的重复单元数，为5～10。所述抗裂功能单体的平均分子量为600～800。所述聚氧乙烯醚大单体的平均分子量为2000～2400。本专利技术的优点在于：从减小混凝土溶液表面张力出发，在聚羧酸减水剂的分子结构中引入抗裂功能基团，有效降低混凝土的收缩，改善混凝土的收缩开裂；本专利技术的抗裂增强型聚羧酸高性能减水剂使水泥胶砂的28d干燥收缩减少了20%～30%，28d抗压强度增加了7～11MPa，抗折强度增加了0.3～0.6MPa；本专利技术中所采用的各种设备，均为本领域生产工艺中使用的常规设备，无需增加额外的设备改造费用，便于工业化生产。下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。具体实施方式以下对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术中涉及到的百分号“%”，若未特别说明，是指质量百分比；但溶液的百分比，除另有规定外，是指溶液100ml中含有溶质若干克；液体之间的百分比，是指20℃时容量的比例。混凝土抗裂增强型聚羧酸减水剂，其分子结构通式如下：式中，a、b、c表示各单体在聚合物中的聚合度，a=1～250、b=1～250、c=1～100；n为聚氧乙烯结构的重复单元数，为5～8；m为聚氧丙烯结构重复单元数，为5～10。实施例1上述混凝土抗裂增强型聚羧酸减水剂的合成工艺，包括以下步骤：步骤一、抗裂功能单体的酯化反应：将44.45份抗裂功能单体、5.2份马来酸酐加入装有温度计、搅拌器、回流冷凝管的三口烧瓶中，加热至60℃，回流、搅拌，反应1小时；即得酯化后的抗裂功能单体DT-1。步骤二、抗裂增强型聚羧酸高性能减水剂的制备：将66.67份聚氧乙烯醚大单体（F-108）、12.47份酯化后的抗裂功能单体（DT-1）以及70份水加入装有搅拌器、温度计的四口烧瓶中；搅拌并升温至50℃，加入0.6份过硫酸铵；将0.203份巯基乙酸和35份水配成混合溶液（A），将2.5份丙烯酸和30份水配成混合溶液（B）；同时滴加混合溶液A和B，A溶液3.5小时全部滴完，B溶液3小时全部滴完；滴加完毕后升温至60℃，保温反应1小时，之后将反应温度降至40℃。加入41份水，用30%NaOH溶液调节pH为6～7，即得抗裂增强型聚羧酸高性能减水剂KLPCA-1。实施例2：上述混凝土抗裂增强型聚羧酸减水剂的合成工艺，包括以下步骤：步骤一、抗裂功能单体的酯化反应：将44.45份抗裂型功能单体、10.4份马来酸酐加入装有温度计、搅拌器、回流冷凝管的三口烧瓶中，加热至60℃，回流、搅拌，反应1小时；即得酯化后的抗裂型功能单体DT-2。步骤二、抗裂增强型聚羧酸高性能减水剂的制备：将66.67份聚氧乙烯醚大单体（F-108）、12.47份酯化后的抗裂型功能单体（DT-2）以及70份水加入装有搅拌器、温度计的四口烧瓶中；搅拌并升温至50℃，加入0.6份过硫酸铵；将0.203份巯基乙酸和35份水配成混合溶液（A），将2.5份丙烯酸和30份水配成混合溶液（B）；同时滴加混合溶液A和B，A溶液3.5小时全部滴完，B溶液3小时全部滴完；滴加完毕后升温至60℃，保温反应1小时，之后将反应温度降至40℃。加入41份水，用30%NaOH溶液调节pH为6～7，即得抗裂增强型聚羧酸高性能减水剂KLPCA-2。实施例3：上述混凝土抗裂增强型聚羧酸减水剂的合成工艺，包括以下步骤：步骤一、抗裂功能单体的酯化反应：将44.45份抗裂功能单体、15.6份马来酸酐加入装有温度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.混凝土减缩增强型高性能减水剂，其特征在于，其分子结构通式如下：

【技术特征摘要】
1.混凝土减缩增强型高性能减水剂，其特征在于，其分子结构通式如下：式中，a、b、c表示各单体在聚合物中的聚合度，a=1～250、b=1～250、c=1～100；n为聚氧乙烯结构的重复单元数，为5～8；m为聚氧丙烯结构重复单元数，为5～10。2.一种如权利要求1所述的混凝土抗裂增强型聚羧酸高性能减水剂的合成工艺，其特征在于，包括以下步骤：（1）抗裂功能单体的酯化反应：将42.45重量份抗裂功能单体、5.2～15.6重量份马来酸酐加入装有温度计、搅拌器、回流冷凝管的三口烧瓶中，加热至60℃，回流、搅拌，保温反应1～3小时，得淡黄色的酯化后的抗裂功能单体，通过酯化反应，在抗裂功能单体中引入马来酸酯；（2）抗裂增强型聚羧酸高性能减水剂的制备：将66.67重量份聚氧乙烯醚大单体、12.47重量份步骤（1）得到的酯化后的抗裂功能单体以及70重量份水，加入装有搅拌器、温度计的四口烧瓶中；搅拌并升温至50℃，加入0.6重量份过硫酸铵；将0.203重量份巯基...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟书灵，白国强，岳彩虹，陈旭，李晓文，王玉娟，卢霄，康明，
申请(专利权)人：中建西部建设新疆有限公司，中建西部建设股份有限公司，
类型：发明
国别省市：新疆,65