一种保坍型聚羧酸减水剂的合成方法技术

本发明专利技术属于混凝土减水剂制备技术领域，公开了一种保坍型聚羧酸减水剂的合成方法，包括以下步骤：向四口烧瓶中加入大单体、少量丙烯酰胺、功能单体和去离子水，加热至25~45℃完全溶解后，加入引发剂，搅拌至充分溶解得到溶液A；将功能单体、丙烯酸、马来酸酐、剩余的丙烯酰胺、链转移剂和还原剂混合成溶液B，将溶液B滴加进溶液A，滴加时间为2.5~3.5h，温度控制在20℃~40℃进行自由基聚合反应；滴加完成后，继续搅拌0.5~1h，加入NaOH溶液调节pH值至7，冷却至室温，得到聚羧酸减水剂。本发明专利技术合成的减水剂在减水率、初始坍落度与坍落度1h经时变化量等指标都优于市售减水剂，同时混凝土抗压强度、气泡间距系数等能满足设计要求。

Synthesis of a slump-retaining Polycarboxylic Water Reducer

The invention belongs to the technical field of preparing concrete water reducer, and discloses a synthetic method of slump-retaining polycarboxylic acid water reducer, which comprises the following steps: adding large monomer, a small amount of acrylamide, functional monomer and deionized water into four flasks, heating to 25-45 degrees C, dissolving completely, adding initiator, stirring to fully dissolve to obtain solution A; adding functional monomer, acrylic acid and Malay; The solution B was mixed with anhydride, residual acrylamide, chain transfer agent and reductant to form solution B. The solution B was added into solution A for 2.5-3.5 hours, and the temperature was controlled at 20-40 degrees Celsius for free radical polymerization. After the dropping was completed, the polycarboxylic acid water reducer was obtained by stirring for 0.5-1 hours, adding NaOH solution to adjust the pH value to 7 and cooling to room temperature. The water reducing agent synthesized by the invention is superior to the market water reducing agent in water reducing rate, initial slump and time-varying amount of slump for 1 h, and the compressive strength of concrete and the spacing coefficient of air bubbles can meet the design requirements.

【技术实现步骤摘要】
一种保坍型聚羧酸减水剂的合成方法
本专利技术属于混凝土减水剂制备
，涉及一种保坍型聚羧酸减水剂的合成方法。
技术介绍
聚羧酸系减水剂广泛应用于铁路、公路、桥梁、高层建筑等建设工程高性能混凝土的配制中。文献指出2015年聚羧酸系减水剂(20％母液)产量已达6219万吨，占到高效减水剂市场产量的接近80％。然而，聚羧酸减水剂存在的主要问题是大单体同质化过于严重，系列化、功能化要求相对突出；配制的混凝土早期强度和坍落度损失往往冲突；对砂石料，尤其是含泥量指标比较敏感等。聚羧酸减水剂的分子结构针对水泥作用机理设计，具有超分散性、掺量低、保坍性能好等优点。因为聚羧酸减水剂显著的经济效益，近年来，国内对减水剂的研究空前活跃，并在其制备工艺上有了一定的改进。但依然存在聚羧酸减水剂综合性能较差，保坍性不足的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种保坍型聚羧酸减水剂的合成方法，合成的减水剂在减水率、初始坍落度与坍落度1h经时变化量等指标都优于市售减水剂。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供一种保坍型聚羧酸减水剂的合成方法，包括以下步骤：步骤1：向装有搅拌器、温度计和滴加装置的四口烧瓶中加入大单体甲基烯丙基聚氧乙烯醚、少量丙烯酰胺、功能单体和去离子水，加热至25～45℃完全溶解后，加入引发剂双氧水，搅拌至充分溶解得到溶液A；步骤2：将功能单体、丙烯酸、马来酸酐、剩余的丙烯酰胺、链转移剂巯基乙酸和还原剂L-抗坏血酸混合成溶液B，将溶液B滴加进溶液A，滴加时间为2.5～3.5h，温度控制在20℃～40℃进行自由基聚合反应；步骤3：滴加完成后，继续搅拌0.5～1h，加入NaOH溶液调节pH值至7，冷却至室温，得到固含量为35％～40％的聚羧酸减水剂。优选地，所述功能单体为丙烯酸羟乙酯。优选地，所述丙烯酸和马来酸酐的摩尔比为(1～3)：(0.5～2.5)。优选地，所述步骤1中丙烯酰胺和步骤2中丙烯酰胺的加入量之比为6:4。优选地，所述丙烯酸与链转移剂巯基乙酸的摩尔比为1：(0.01～0.05)。相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：本专利技术采用双氧水与L-抗坏血酸组成的氧化还原体系进行合成，主要从单体摩尔比、引发剂、链转移剂等因素探讨聚羧酸减水剂的合成工艺，合成的减水剂在减水率、初始坍落度与坍落度1h经时变化量等指标都优于市售减水剂，同时混凝土抗压强度、气泡间距系数等能满足设计要求。附图说明图1为本专利技术实施例2中丙烯酸和马来酸酐用量对水泥净浆流动度的影响。图2为本专利技术实施例3中TPEG用量对水泥净浆流动度的影响。图3为本专利技术实施例4中引发剂用量对水泥净浆流动度的影响。图4为本专利技术实施例5中链转移剂用量对水泥净浆流动度的影响。图5为本专利技术实施例6中反应温度对水泥净浆流动度的影响。具体实施方式以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限定本专利技术的保护范围。若未特别指明，实施例中所用技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。下述实施例中的试验方法，如无特别说明，均为常规方法。本专利技术实施例中水泥净浆流动度试验按照GB/T8077—2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》进行，水灰比为0.29；混凝土拌合物工作性能(坍落度、1h经时变化量)试验依照GB/T50081—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行；混凝土抗压强度按照GB/T50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行；混凝土气泡间距系数按照TB/T3275-2011《铁路混凝土》进行。实施例一向装有搅拌器、温度计和滴加装置的四口烧瓶中加入1mol大单体甲基烯丙基聚氧乙烯醚(TPEG)、0.6mol丙烯酰胺、1mol功能单体和去离子水，加热至25～45℃完全溶解后，加入0.04mol引发剂双氧水，搅拌至充分溶解得到溶液A。将1mol功能单体丙烯酸羟乙酯、1mol丙烯酸、2.5mol马来酸酐、0.4mol丙烯酰胺、0.05mol链转移剂巯基乙酸和还原剂L-抗坏血酸混合成溶液B，将溶液B滴加入溶液A，滴加时间为2.5～3.5h，温度控制在20℃进行自由基聚合反应。滴加完成后，继续搅拌0.5～1h，加入NaOH溶液调节pH值至7，冷却至室温，得到固含量为35％～40％的聚羧酸减水剂。实施例二本实施例与实施例一基本相同，不同之处在于：丙烯酸(AA)和马来酸酐(MAH)的摩尔比分别为1:2.5、1.5:2、2:1.5、2.5:1和3:0.5，测定丙烯酸和马来酸酐用量对水泥净浆流动度的影响，如图1所示。从图1可以看出，AA相对于MAH更容易吸附于水泥水化颗粒表面，MAH则对水泥净浆流动度的保持性有一定有益的影响。实施例三本实施例与实施例一基本相同，不同之处在于：丙烯酸(AA)、马来酸酐(MAH)与TPEG的摩尔比分别为2.5：1：0.5、2.5：1：1、2.5：1：1.5和2.5：1：2、，测定TPEG用量对水泥净浆流动度的影响，如图2所示。从图2可以看出，当AA、MAH、TPEG的比例为2.5∶1∶1时，水泥净浆初始流动度值和1h后流动度值较大，分别为315mm、280mm，净浆流动度保持性较好。这是因为羧基的密度比较明显影响聚羧酸减水剂的吸附行为，整体呈现先升后降的趋势，当密度较小时，吸附较慢，水泥净浆初始流动度较小，当密度较大时，影响到大单体的空间位阻效应，净浆流动度有所降低。实施例四本实施例与实施例一基本相同，不同之处在于：丙烯酸(AA)与引发剂双氧水的摩尔比为1:0.03、1：0.04、1：0.05和1：0.06，测定引发剂用量对水泥净浆流动度的影响，如图3所示。从图3可以看出，随着引发剂用量的增加，聚羧酸减水剂的分散性先提高后降低。当AA与引发剂双氧水的摩尔比为0.04时，水泥净浆初始流动度值和1h后流动度值较大，即聚羧酸减水剂的分散性和分散保持性良好。这是由于引发剂在减水剂聚合过程中不仅调节控制聚合速率，而且对聚合物的分子量有明显的影响。自由基聚合过程中，动力学链长与引发剂浓度的平方根成反比，随着引发剂用量的增加，反应速率增加的同时降低了反应物的分子量。随着引发剂的增加，减水剂分子质量接近最佳分子量范围，而当引发剂过多时，聚羧酸减水剂的分子量降低较多，主链长度降低，影响到梳型结构的整体空间位阻，进而表现为减水剂减水率的降低。实施例五本实施例与实施例一基本相同，不同之处在于：丙烯酸(AA)与链转移剂巯基乙酸的摩尔比为1:0.01、1：0.02和1：0.03，测定链转移剂用量对水泥净浆流动度的影响，如图4所示。从图4可以看出，当AA与链转移剂的摩尔比为1：0.02时，水泥净浆流动度值最大，即:减水剂具有较合适的分子量和分子量分布。实施例六本实施例与实施例一基本相同，不同之处在于：自由基聚合反应的反应温度分别设定为25℃、30℃、35℃和40℃，测定反应温度对水泥净浆流动度的影响，如图5所示。从图5可以看出，当温度为40℃时，水泥净浆流动度值较大。这是由于温度过低会影响到自由基的分解速率，过慢的分解速率使得聚合效率较差，而温度过高，聚合速率不易控制，减水剂分子量不均匀，减水剂的有效成分含量有所降低。本专利技术采用某高铁预制梁场配合比，见表1，将本专利技术AA、MAH、TPEG、功能单体的比例为2.5：1：1：2，反应温度40℃，其他条件同实施例1，合成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种保坍型聚羧酸减水剂的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：向装有搅拌器、温度计和滴加装置的四口烧瓶中加入大单体甲基烯丙基聚氧乙烯醚、少量丙烯酰胺、功能单体和去离子水，加热至25~45℃完全溶解后，加入引发剂双氧水，搅拌至充分溶解得到溶液A；步骤2：将功能单体、丙烯酸、马来酸酐、剩余的丙烯酰胺、链转移剂巯基乙酸和还原剂L‑抗坏血酸混合成溶液B，将溶液B滴加进溶液A，滴加时间为2.5~3.5h，温度控制在20℃~40℃进行自由基聚合反应；步骤3：滴加完成后，继续搅拌0.5~1h，加入NaOH溶液调节pH值至7，冷却至室温，得到固含量为35%~40%的聚羧酸减水剂。

【技术特征摘要】
1.一种保坍型聚羧酸减水剂的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：向装有搅拌器、温度计和滴加装置的四口烧瓶中加入大单体甲基烯丙基聚氧乙烯醚、少量丙烯酰胺、功能单体和去离子水，加热至25~45℃完全溶解后，加入引发剂双氧水，搅拌至充分溶解得到溶液A；步骤2：将功能单体、丙烯酸、马来酸酐、剩余的丙烯酰胺、链转移剂巯基乙酸和还原剂L-抗坏血酸混合成溶液B，将溶液B滴加进溶液A，滴加时间为2.5~3.5h，温度控制在20℃~40℃进行自由基聚合反应；步骤3：滴加完成后，继续搅拌0.5~1h，加入NaOH溶液调节pH值至7，冷却至室温，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张梦真，尹蕊，尹青亚，段爱萍，李平，杨子，边华英，娄广辉，郭蕊，李莹，
申请(专利权)人：河南建筑材料研究设计院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：河南,41