两性超支化抑泥型聚羧酸系减水剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种两性超支化抑泥型聚羧酸系减水剂及其制备方法，属于减水剂改性技术领域。本发明专利技术所述的两性超支化抑泥型聚羧酸系减水剂，包括以下原料：聚醚大单体、不饱和酸单体、超支化型功能单体和阳离子型功能单体；超支化型功能单体为N,N

【技术实现步骤摘要】
两性超支化抑泥型聚羧酸系减水剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种两性超支化抑泥型聚羧酸系减水剂及其制备方法，属于减水剂改性


技术介绍

[0002]混凝土是世界上最重要的建筑材料，也是用量最大的人造材料。据统计2020年1
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9月份，我国预拌混凝土总消耗量就达到了19.4亿立方米，数量十分巨大。在工程上，常采用低水胶比来提高混凝土的长期耐久性能，但会降低其工作性。为解决这一问题，往往需要向混凝土中加入减水剂。减水剂是一类高分子聚合物，其分子吸附在水泥颗粒上，使之呈电负性，由于静电斥力作用，破坏水泥颗粒间的絮凝结构，释放出其中的包裹水，从而达到提高工作性的目的。
[0003]第一代减水剂出现在19世纪60
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70年代，是以含有磺酸基团的水溶性聚合物为主，例如萘磺酸甲醛缩合物、磺化蜜胺甲醛缩合物、磺化丙酮甲醛缩合物和改性木质素磺酸盐等。新一代减水剂产品是具有梳型结构的高性能聚羧酸系减水剂(PCEs)。它通常由带负电荷的羧基主链和聚氧化乙烯接枝侧链组成，其主链吸附在水泥颗粒上起到空间位阻作用，而氧化乙烯接枝侧链则伸向水泥孔溶液中产生空间位阻作用。与其他类型的磺酸盐减水剂相比，PCEs具有超高的分散性能，因此更合适制备高性能混凝土。
[0004]由于PCEs分子结构具有可设计性，高性能化潜力大，可通过调整分子主链的聚合度、侧链的长度和密度以及不同官能团来实现其功能化。从1981年PCEs问世以来，很多科研人员都聚焦于对其改性的研究上，旨在解决工程应用中存在的一系列问题。
[0005]混凝土细骨料中的粘土(主要成分是蒙脱土)对PCEs的分散性和减水性都有严重的影响。粘土具有硅氧四面体和铝氧八面体的层间结构，颗粒表面由于钙离子吸附到带负电的铝硅酸盐片层上而变成带正电荷，会大量吸附带负电的PCEs分子。此外，聚氧乙烯醚侧链很容易嵌入到粘土的铝硅酸盐层之间，从而形成有机
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矿物相。通过上述两种方式，PCEs被大量的消耗，导致流动性损失严重。为解决上述问题，国内学者进行了大量的研究。
[0006]申请号为CN201911341968.X的专利选用甲基烯丙基聚氧乙烯醚磷酸酯单体、C1
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C10烷基酚聚氧乙烯醚甲基丙烯酸酯单体、聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯单体和不饱和酸为原料，通过自由基共聚合制得一种具有较好降粘和抗泥性能的聚羧酸系减水剂。但该种PCEs制备工艺复杂，且酯化产物的收率低，所用原材料价格高，不易工业化。
[0007]专利CN201911419158.1介绍了一种高保坍抗泥型聚羧酸系减水剂及其制备方法。产品选用抗泥型单体、酰胺类单体、醚类大单体和不饱和酸，通过自由基共聚合而成。所制得的PCEs具有掺量低、保坍时间长和抗泥性强的优势。但该方法所使用的抗泥型单体价格较高制约了其推广应用。
[0008]专利CN202010013635.0报道了使用端空间位阻基团聚醚大单体、不饱和一元羧酸单体和第一聚醚单体，在引发剂和链转移剂的作用下，共聚而成了一种长支链端羟基接枝糖分子的抗泥型聚羧酸减水剂。该减水剂中由于存在空间位阻较大的糖基，可以大大减少
聚羧酸分子侧链插入蒙脱土层间的可能，具有较好的抗泥效果。但该方法使用环氧氯丙烷和三氟化硼
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乙醚，对环境友好性较差。
[0009]专利CN105504184A公开了一种抗泥型聚羧酸减水剂的制备方法及应用，所述抗泥型聚羧酸减水剂的制备方法，由特定的不饱和酸单体、特定的不饱和聚醚大单体与含聚(N
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乙烯基吡咯烷酮)链的PVP大单体进行自由基共聚反应而得，所述不饱和聚醚大单体的摩尔量是PVP大单体的50％～100％。所述抗泥型聚羧酸减水剂作为水泥分散剂具有掺量低、减水率高、保坍时间长和抗泥性强的优点，并且合成工艺简单，原料利用率高，生产成本低。但该方法一方面在为了提高PVP大单体的收率，使用了带水剂进行脱水，因此需要对脱水剂进行回收处理，因此增加了工艺的复杂性；另一方面，由于采用的溶剂为环己烷、苯、甲苯和二甲苯等物质，气味较大，对环境有不利的影响。

技术实现思路

[0010]本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种两性超支化抑泥型聚羧酸系减水剂，其不但具有较高的减水率和保坍性能，还具有良好的抗泥性；同时本专利技术提供了一种简单便捷的制备方法。
[0011]本专利技术所述的两性超支化抑泥型聚羧酸系减水剂，由聚醚大单体、不饱和酸单体、超支化型功能单体、阳离子型功能单体、引发剂、还原剂和去离子水制成。
[0012]所述的聚醚大单体是异戊烯基聚氧乙烯醚或甲基烯丙基聚氧乙烯醚，用通式(1)表示。
[0013][0014]式中R1为CH3或H，EO为氧化乙烯基，n为氧化乙烯基的平均加成摩尔数，为25
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120。
[0015]所述的不饱和酸单体是丙烯酸或衣康酸中的一种或两种的混合物。
[0016]所述的超支化型功能单体是N,N
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二甲基乙醇胺顺丁烯二酸单酯(DMEAMAL)，分子式用(2)表示。
[0017][0018]所述的阳离子型功能单体是N,N
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二甲基乙醇胺顺丁烯二酸单酯
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丙基磺酸内酯反应物(DMEAMAL
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PS)，分子式用(3)表示。
[0019][0020]所述的超支化功能单体是N,N
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二甲基乙醇胺顺丁烯二酸单酯(DMEAMAL)是由顺丁烯二酸酐和N,N
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二甲基乙醇胺(DMEA)通过酯化反应制得，反应方程式如(4)；
[0021][0022]所述的阳离子型功能单体是N,N
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二甲基乙醇胺顺丁烯二酸单酯
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丙基磺酸内酯反应物(DMEAMAL
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PS)，是由N,N
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二甲基乙醇胺顺丁烯二酸单酯(DMEAMAL)经丙基磺酸内酯(PS)的阳离子化而制得，反应方程式如(5)。
[0023][0024]具体包括以下步骤：
[0025](a)向反应釜中加入一定量的N,N
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二甲基乙醇胺(DMEA)和顺丁烯二酸酐(MAL)，升至60
±
2℃，加入一定量的催化剂(浓硫酸)，缓慢升温至80℃～90℃，保温2.0h，得到N,N
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二甲基乙醇胺顺丁烯二酸单酯(DMEAMAL)。
[0026](b)将DMEAMAL降至50℃后，加入定量丙基磺酸内酯(PS)，并继续在50℃下反应15h。保温结束后，降至室温加入部分去离子水得到固含量50％的DMEAMAL和DMEAMAL
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PS的混合物。
[0027]其中DMEA：MAL：PS摩尔比为1.0:1.0:0.6，催化剂用量(占DMEA和MAL总质量)为0.7％。DMEAMAL和DMEAMAL
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PS的混合物中，两者的摩尔比为1:2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种两性超支化抑泥型聚羧酸系减水剂，其特征在于：包括以下原料：聚醚大单体、不饱和酸单体、超支化型功能单体和阳离子型功能单体；超支化型功能单体为N,N
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二甲基乙醇胺顺丁烯二酸单酯；阳离子型功能单体为N,N
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二甲基乙醇胺顺丁烯二酸单酯
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丙基磺酸内酯反应物。2.根据权利要求1所述的两性超支化抑泥型聚羧酸系减水剂，其特征在于：聚醚大单体为异戊烯基聚氧乙烯醚或甲基烯丙基聚氧乙烯醚，用通式(1)表示：式中R1为CH3或H，EO是氧化乙烯基，n为氧化乙烯基的平均加成摩尔数，为25
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120。3.根据权利要求1所述的两性超支化抑泥型聚羧酸系减水剂，其特征在于：不饱和酸单体为丙烯酸或衣康酸中的一种或两种的混合物。4.根据权利要求1所述的两性超支化抑泥型聚羧酸系减水剂，其特征在于：超支化型功能单体N,N
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二甲基乙醇胺顺丁烯二酸单酯由顺丁烯二酸酐和N,N
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二甲基乙醇胺(DMEA)通过酯化反应制得。5.根据权利要求1所述的两性超支化抑泥型聚羧酸系减水剂，其特征在于：阳离子型功能单体N,N
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二甲基乙醇胺顺丁烯二酸单酯
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丙基磺酸内酯反应物由N,N
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二甲基乙醇胺顺丁烯二酸单酯经丙基磺酸内酯的阳离子化而制得。6.根据权利要求1所述的两性超支化抑泥型聚羧酸系减水剂，其特征在于：原料还包括引发剂、还原剂、链转移剂和去离子水。7.根据权利要求1所述的两性超支化抑泥型聚羧酸系减水剂，其特征在于：引发剂为H2O2，引发剂的用量为聚醚大单体和不饱和酸单体总重量的0.05
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【专利技术属性】
技术研发人员：张明，任绪波，张森，赵锴，张培林，贾蕊丽，
申请(专利权)人：山东华伟银凯建材科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：