一种减水剂改性剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种减水剂改性剂及其制备方法和应用，属于混凝土添加剂技术领域。本发明专利技术提供的减水剂改性剂，制备原料包括二氯乙烷、苯乙烯、三氧化硫和硝化试剂。上述减水剂改性剂通过制备原料之间的协同作用，以其对聚羧酸减水剂进行改性后，可提升所得聚羧酸减水剂的减水率、分散性和分散稳定性。本发明专利技术还提供了上述减水剂改性剂的制备方法和在制备聚羧酸减水剂中的应用。酸减水剂中的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种减水剂改性剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于混凝土添加剂
，具体涉及一种减水剂改性剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着建筑行业的飞速发展，减水剂已经成为混凝土中不可缺少的组分。在混凝土初始状态和水泥用量不变的条件下，拌制混凝土时掺入减水剂能够减少需水量、改善混凝土的工作性能。
[0003]传统混凝土领域用的减水剂主要包括木质素磺酸盐类外加剂、萘系磺酸盐甲醛缩合物、三聚氰胺甲醛缩聚物、丙酮磺酸盐甲醛缩合物、氨基磺酸盐甲醛缩合物等。但是上述减水剂暂不能满足混凝土领域对减水剂日渐增长的需求。为了克服上述减水剂的缺陷，聚羧酸减水剂被成功开发出来，作为第三代高性能减水剂，聚羧酸减水剂具有掺量低、保坍性能好、混凝土收缩率低、耐久性高、分子结构上可调性强、高性能化的潜力大、生产工艺简单、环保等突出优点；因此，聚羧酸减水剂成为了最受欢迎的混凝土外加剂之一。
[0004]聚羧酸减水剂是一系列具有特定分子结构和性能聚合物的总称，一般是含有不饱和双键的单体、其衍生物以及功能小分子经自由基反应聚合而成，单体的选择可以是乙二醇单乙烯基聚乙二醇醚(EPEG，C4(2+2)型)，结构式为：CH2＝CH
‑
O
‑
R
‑
O
‑
(C2H4O)
n
‑
H，数均分子量为2400
‑
5000。具体的，聚羧酸减水剂是由线性主链和多个侧链连接而成的梳形结构；其中线性主链具有亲水性，其上可含有羧基、羟基、磺酸基、氨基等亲水性官能团；支链连接于主链上，为不同聚合度的聚氧乙烯(丙烯)，具有疏水性。
[0005]在聚羧酸减水剂中，起到减水作用的主要是羧基等亲水性官能团。然而，羧基作为一种弱吸电性的吸附基团，吸附能力弱。在水泥水化过程中，聚羧酸减水剂分子会与水泥水化产生的硫酸盐等发生竞争吸附，影响聚羧酸减水剂与水泥的吸附，导致其性能下降，进而导致混凝土性能下降。另外，许多聚羧酸减水剂会因其自身分子结构不稳定而发生内卷，导致分散性、减水率等性能严重下降。此外，一些聚羧酸减水剂的生产合成工艺耗时≥4h，还会使用到污染的物质，反应对温度的要求也较高，具有生产过程复杂、人工成本高以及环保性差等问题。
[0006]因此，针对现有聚羧酸减水剂性能上的弱势，需开发一种减水剂改性剂对聚羧酸减水剂改性，最终提升所得聚羧酸减水剂的减水能力、分散性以及分散保持性。

技术实现思路

[0007]本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种减水剂改性剂，通过制备原料之间的协同作用，以其对聚羧酸减水剂进行改性后，可提升所得聚羧酸减水剂的减水率、分散性和分散稳定性。
[0008]本专利技术还提出一种上述减水剂改性剂的制备方法。
[0009]本专利技术还提出一种聚羧酸减水剂。
[0010]本专利技术还提出一种上述聚羧酸减水剂的制备方法。
[0011]本专利技术还提出一种上述聚羧酸减水剂的应用。
[0012]根据本专利技术的第一方面，提出了一种减水剂改性剂，制备原料包括：二氯乙烷、苯乙烯、三氧化硫和硝化试剂。
[0013]根据本专利技术的一种优选的实施方式，至少具有以下有益效果：
[0014]当二氯乙烷、苯乙烯、三氧化硫和硝化试剂反应后，苯乙烯上会有一定的几率引入硝基或磺酸基，因此所得产物中同时含有碳碳双键、苯环结构、磺酸基和硝基；
[0015]其中三氧化硫作为制备减水剂改性剂的磺化试剂，具有磺化效果好、副产物少和成本低的优势。
[0016]其中的双键可保证上述减水剂改性剂可引入聚羧酸减水剂的分子链；
[0017]其中的硝基和磺酸基作为强吸电性亲水性基团，受应用环境pH的影响较小，可提升所得聚羧酸减水剂的吸附能力和静电斥力，也更容易与水泥水化所需要的金属阳离子(例如Ca
2+
)作用形成络合物，延缓了水泥水化，进而提高了所得聚羧酸减水剂的分散性能、分散保持性能和减水率；
[0018]其中的苯基由于具有较强的位阻效应，可加强所得聚羧酸减水剂的分子结构稳定性，这不仅能大大减少聚羧酸减水剂分子内卷使其充分发挥作用，还提高了空间位阻效应，进而提高分散保持性能。
[0019]在本专利技术的一些实施方式中，所述二氯乙烷、苯乙烯和三氧化硫的摩尔比为1.7～4.5:2.2～5.5:1。
[0020]在本专利技术的一些实施方式中，所述硝化试剂选自硝酸铁、硝酸铋和硝酸钠中的至少一种。
[0021]在本专利技术的一些实施方式中，所述硝酸铁包括九水合硝酸铁。
[0022]在本专利技术的一些实施方式中，当所述硝化试剂选自所述硝酸钠时，所述减水剂改性剂的制备原料还包括硫酸。
[0023]在本专利技术的一些实施方式中，所述三氧化硫和硝化试剂的摩尔比为1：1.4～4.5。
[0024]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述二氯乙烷和三氧化硫的摩尔比为2.2～2.8:1。
[0025]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述苯乙烯和三氧化硫的摩尔比为3～3.5:1。
[0026]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述三氧化硫和硝化试剂的摩尔比为1:2.2～2.8。
[0027]在本专利技术的一些实施方式中，所述减水剂改性剂的制备原料还包括四甲基哌啶氧化物。
[0028]在本专利技术的一些实施方式中，所述四甲基哌啶氧化物与所述苯乙烯的摩尔比约为0.15:1。
[0029]所述四甲基哌啶氧化物的作用是催化剂，具体可催化所述硝化试剂与所述苯乙烯中乙烯基的反应，生成硝基乙烯基。
[0030]根据本专利技术的第二方面，提出了所述减水剂改性剂的制备方法，包括将所述减水剂改性剂的制备原料混合反应。
[0031]所述减水剂改性剂的制备方法中，发生反应的机理参考如下文献：
[0032]文献1.Togati Naveen et al.,A Predictably Selective Nitration of Olefin with Fe(NO3)3and TEMPO.J.Org.Chem.2013,78,5949.
[0033]文献2.郭戈,谢海泉,杨荷,马鹤,钱磊.三氧化硫低温磺化法合成聚苯乙烯磺酸新工艺[J].光谱实验室,2011,28(04):1849
‑
1851.
[0034]在本专利技术的一些实施方式中，所述混合反应的时长为14～18h。
[0035]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述混合反应的时长为14～15h。
[0036]在本专利技术的一些实施方式中，所述混合反应的温度65～85℃。
[0037]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述混合反应的温度75～83℃。
[0038]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述混合反应的温度约为80℃。由于所述二氯乙烷具有溶剂的作用，考虑到其沸点在约为83.7℃，为确保反应的正常进行，由此设定了上述混合反应的温度。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种减水剂改性剂，其特征在于，制备原料包括：二氯乙烷、苯乙烯、三氧化硫和硝化试剂。2.根据权利要求1所述的减水剂改性剂，其特征在于，所述二氯乙烷、苯乙烯和三氧化硫的摩尔比为1.7～4.5:2.2～5.5:1；优选地，所述三氧化硫和硝化试剂的摩尔比为1：1.4～4.5。3.根据权利要求1或2所述的减水剂改性剂，其特征在于，所述减水剂改性剂的制备原料还包括四甲基哌啶氧化物。4.一种如权利要求1～3任一项所述减水剂改性剂的制备方法，其特征在于，包括将所述减水剂改性剂的制备原料混合反应。5.根据权利要求4所述的减水剂改性剂的制备方法，其特征在于，所述混合反应的时长为14～18h。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭亮，王君，杨洪，贺治权，陈志豪，田明，贺任，刘雅卓，
申请(专利权)人：湖南中岩建材科技有限公司，
类型：发明
国别省市：