一种兼具高减水率和抗泥性的聚羧酸系减水剂的合成方法技术

本发明专利技术涉及一种兼具高减水率和抗泥性的聚羧酸系减水剂的合成方法，包括以下步骤：(1)称取引发剂还原组分、链转移剂和去离子水混合均匀，配成A溶液；(2)称取不饱和酸类单体、抗泥型功能单体和去离子水混合均匀，配成B溶液；(3)在水浴条件下，往反应容器中加入不饱和聚醚大单体和去离子水，搅拌混合；(4)往步骤(3)的反应容器中加入引发剂氧化组分，再接着同时滴加A溶液和B溶液开始聚合反应；(5)滴加完成后，继续搅拌并保温一定时间，冷却至常温后即可得到目的产物。与现有技术相比，本发明专利技术合成的聚羧酸系减水剂具有掺量小、减水率高、无需与高减水率减水剂复配、抗泥效果好、与水泥适应性强、合成工艺简单环保等优点。

Synthesis of Polycarboxylic Water Reducer with high water reducing rate and mud resistance

【技术实现步骤摘要】
一种兼具高减水率和抗泥性的聚羧酸系减水剂的合成方法
本专利技术属于混凝土减水剂
，涉及一种兼具高减水率和抗泥性的聚羧酸系减水剂的合成方法，具体涉及一种利用异丁烯基聚氧乙烯醚(HPEG2400)、不饱和酸类单体、抗泥型功能单体、链转移剂、引发剂和去离子水，采用自由基共聚法制备兼具高减水率和抗泥性的聚羧酸系减水剂的合成方法。
技术介绍
近年来，随着我国基础建设的日益广泛，人们对建筑材料的需求不断增长，但由于砂石等材料资源有限，使得可以用于工程的优质材料变得越来越少，大量质量较差的高含泥量砂石材料进入市场。与萘系减水剂、脂肪族减水剂等传统系列减水剂相比，聚羧酸系减水剂对混凝土砂石材料的含泥量尤为敏感，主要表现为当混凝土砂石材料材料中的含泥量较高时，聚羧酸系减水剂的分散能力严重下降、保坍效果变差，这会导致混凝土拌合物工作性下降、硬化混凝土强度降低等。因此，解决聚羧酸系减水剂对混凝土砂石材料含泥量敏感的问题成为当前科研工作者研究的重点。目前工程上通常采取水洗骨料法，超掺减水剂法和复配抗泥剂等措施来缓解混凝土原材料料含泥量高所带来的混凝土工程问题。但这些措施难免会增加单位立方米混凝土的制造成本甚至引发其他工程问题，如：水洗骨料会破坏骨料的级配，不利于配合比的设计；超掺减水剂会导致混凝土含气量高、凝结时间过长；复配抗泥剂除了会增加混凝土制造成本，还需要考虑抗泥剂与其他外加剂的相容性问题。中国专利CN104558434A公开了一种含硅聚羧酸减水剂的制备方法，其在普通的聚羧酸减水剂结构中引入有机硅结构，通过水解反应制备大尺寸分子的含双键有机硅单体，再将制备的有机硅单体用于聚羧酸减水剂的合成，从而使聚羧酸减水剂分子尺寸增大，使之难以进入泥土的插层结构中，进而达到抗泥和减缓减水剂消耗的效果，但通过水解反应制备含双键的有机硅单体的方法存在转换效率低的问题，且合成的减水剂减水性能较差。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供的一种兼具高减水率和抗泥性的聚羧酸系减水剂的合成方法，以降低聚羧酸系减水剂对混凝土材砂石材料含泥量的敏感性，实现聚羧酸系减水剂在含泥量较高的混凝土工程中的应用和推广，同时该减水剂具有掺量低，不含氯离子等有害杂质等特性，且合成工艺简单、节能、环保。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种兼具高减水率和抗泥性的聚羧酸系减水剂的合成方法，其合成(实验室)包括以下步骤：(1)称取引发剂还原组分、链转移剂和去离子水混合均匀，配成A溶液；(2)称取不饱和酸类单体、抗泥型功能单体和去离子水混合均匀，配成B溶液；(3)往反应容器四口烧瓶中加入不饱和聚醚大单体和去离子水，该反应容器四口烧瓶固定在铁架台上，底部浸于水浴锅中，上方连接悬臂式搅拌器，启动搅拌器使不饱和聚醚单体溶解于去离子水中；(4)往步骤(3)的反应容器中一次性加入引发剂氧化组分，再将A溶液和B溶液在一定时间内匀速地加入步骤(3)的反应容器内开始聚合反应，该过程时间的控制通过自动滴加仪或者蠕动泵等仪器来控制，整个聚合反应在水浴温度及搅拌的条件下持续进行；(5)待步骤(4)中的A溶液和B溶液滴加完成后，继续搅拌并保温一定时间，之后将合成产品冷却至常温后，采用35％的NaOH水溶液中和所制得的聚羧酸减水剂母液至PH值为6-7，即得到目的减水剂产物。进一步的，步骤(3)中，所述的不饱和聚醚大单体为异丁烯基聚氧乙烯醚(HPEG)，其数均分子量优选为2400。进一步的，所述不饱和酸类单体为丙烯酸。进一步的，所述抗泥型功能单体为封端酰胺磷酸酯；优选地，所述封端酰胺磷酸酯为徐州五勤环保科技有限公司生产的封端酰胺磷酸酯。优选地，所述引发剂还原组分为抗坏血酸。优选地，所述引发剂氧化组分为双氧水或者过硫酸盐；进一步优选地，所述引发剂氧化组分为双氧水。优选地，所述链转移剂为巯基乙酸或者巯基丙酸；进一步优选地，所述链转移剂为巯基乙酸。优选地，不饱和聚醚大单体与不饱和酸类单体的摩尔比为1：(4.2-4.8)。优选地，以内掺法计算称量，抗泥型功能单体的掺量为不饱和聚醚大单体、不饱和酸类单体及抗泥型功能单体三者总重量的1％-1.5％。优选地，以外掺法称量，引发剂还原组分为所有单体总重量的0.1％-0.2％，引发剂氧化组分为所有单体总重量的0.5％-1.5％，链转移剂为所有单体总重量的0.3％-0.4％；进一步优选地，引发剂还原组分为所有单体总重量份的0.15％，引发剂氧化组分为所有单体总重量份的1％，链转移剂为所有单体总重量份的0.35％。优选地，水浴的温度为40℃-50℃，聚合反应持续的时间为3.5h-4h；进一步优选地，水浴温度为45℃。优选地，A溶液和B溶液的滴加速度分别满足：A溶液的滴加完成时间为3h-4h，B溶液的滴加完成时间为2.5h-3.5h，滴加完成后，补充一定量的去离子水使得所制备的聚羧酸系减水剂固含量为40％-41％，继续搅拌并保温15min-1h；进一步优选地，A溶液的滴加完成时间为3.5h，B溶液的滴加完成时间为3h，滴加完成后保温0.5h。本专利技术合成的一种兼具高减水率和抗泥性的聚羧酸系减水剂，其分子结构为线型梳状结构，由不饱和聚醚大单体、不饱和酸类单体及抗泥型功能单体通过不饱和键碳碳双键共聚而成。聚羧酸系减水剂的主链主要由不饱和酸类单体及抗泥型功能单体减水剂组成，两者在水泥水化过程中分别提供羧基和磷酸酯基等吸附基团，使减水剂分子可以吸附并锚固在水泥颗粒中，使水泥颗粒带上同种电荷而产生静电排斥作用进而发生分散，其中由于磷酸酯基团携带的负电荷相比于羧基较多，可使得浆体中有足够的用于分散水泥颗粒的减水剂分子，而不会因为黏土的吸附作用而使用于分散水泥浆体的聚羧酸系减水剂不足，从而大幅度的改善了聚羧酸系减水剂的抗泥性；而侧链主要由聚醚大单体组成，主要是通过空间位阻作用而起到分散水泥颗粒的作用。在制备过程中，聚醚大单体和不饱和酸类单体摩尔比例以及抗泥单体的掺量主要通过合成工艺及减水剂性能表征实验来确定，本专利技术在所述掺量范围内合成得到的减水剂减水性能和抗泥性能最佳。在制备过程中，链转移剂、引发剂氧化组分及引发剂还原组分及则分别用来控制聚合物的链长度、引发不饱和单体发生聚合反应及终止聚合反应，这三者虽然掺量少，但对减水剂分子合成结构的影响和反应进程的控制非常重要，三者掺量主要通过合成工艺及减水剂性能表征实验来确定，本专利技术在所述掺量范围内合成得到的减水剂减水性能和抗泥性能最佳。本专利技术从聚羧酸系减水剂分子结构设计和抗泥型功能单体的抗泥机理出发，通过引入能够减少黏土吸附的功能基团，制备一种兼具高减水率和抗泥性的聚羧酸系减水剂，对推进聚羧酸系减水剂在预拌混凝土行业的应用和发展，实现混凝土的高性能化以及促进建材行业的可持续发展具有重要意义。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点。(1)本专利技术产品与普通聚羧酸系减水剂相比，掺量低，减水率高，兼具高减水性和优异的抗泥性，因此本专利技术在使用过程中无需与高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种兼具高减水率和抗泥性的聚羧酸系减水剂的合成方法，其特征在于，其合成包括以下步骤：/n(1)称取引发剂还原组分、链转移剂和去离子水混合均匀，配成A溶液；/n(2)称取不饱和酸类单体、抗泥型功能单体和去离子水混合均匀，配成B溶液；/n(3)往作为反应容器的四口烧瓶中加入不饱和聚醚大单体和去离子水，该反应容器四口烧瓶固定在铁架台上，底部浸于水浴锅中，上方连接悬臂式搅拌器，启动悬臂式搅拌器使不饱和聚醚单体溶解于去离子水中；/n(4)往步骤(3)的反应容器中一次性加入引发剂氧化组分，再将A溶液和B溶液在一定时间内匀速地加入步骤(3)的四口烧瓶中开始聚合反应，整个聚合反应在水浴温度及搅拌的条件下持续进行；/n(5)待步骤(4)中的A溶液和B溶液滴加完成后，继续搅拌并保温一定时间，之后将合成产品冷却至常温，采用35％的NaOH水溶液中和所制得的聚羧酸系减水剂母液至PH值为6-7，即得到目的产物。/n

【技术特征摘要】
1.一种兼具高减水率和抗泥性的聚羧酸系减水剂的合成方法，其特征在于，其合成包括以下步骤：
(1)称取引发剂还原组分、链转移剂和去离子水混合均匀，配成A溶液；
(2)称取不饱和酸类单体、抗泥型功能单体和去离子水混合均匀，配成B溶液；
(3)往作为反应容器的四口烧瓶中加入不饱和聚醚大单体和去离子水，该反应容器四口烧瓶固定在铁架台上，底部浸于水浴锅中，上方连接悬臂式搅拌器，启动悬臂式搅拌器使不饱和聚醚单体溶解于去离子水中；
(4)往步骤(3)的反应容器中一次性加入引发剂氧化组分，再将A溶液和B溶液在一定时间内匀速地加入步骤(3)的四口烧瓶中开始聚合反应，整个聚合反应在水浴温度及搅拌的条件下持续进行；
(5)待步骤(4)中的A溶液和B溶液滴加完成后，继续搅拌并保温一定时间，之后将合成产品冷却至常温，采用35％的NaOH水溶液中和所制得的聚羧酸系减水剂母液至PH值为6-7，即得到目的产物。


2.根据权利要求1所述的一种兼具高减水率和抗泥性的聚羧酸系减水剂的合成方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的不饱和聚醚大单体为异丁烯基聚氧乙烯醚，其数均分子量为2400。


3.根据权利要求1所述的一种兼具高减水率和抗泥性的聚羧酸系减水剂的合成方法，其特征在于，所述不饱和酸类单体为丙烯酸。


4.根据权利要求1所述的一种兼具高减水率和抗泥性的聚羧酸系减水剂的合成方法，其特征在于，所述抗泥型功能单体为封端酰胺磷酸酯。


...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙振平，葛好升，张成光，李党强，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31