一种低掺量高减水率的聚羧酸系减水剂、合成方法及使用方法技术

本发明专利技术属建筑材料技术领域，具体涉及一种低掺量高减水率的聚羧酸系减水剂、合成方法及使用方法。该减水剂由聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、２－甲基烯丙醇聚氧乙烯醚、丙烯酸、甲基丙烯磺酸钠、过硫酸铵、氢氧化钠和水组成。具体步骤为：将ＴＰＥＧ和ＳＭＡＳ、ＭＰＥＧＭＡ和ＡＡ分别配制成２０％～５０％浓度的混合溶液，同时将ＡＰＳ加适量的水溶解；向反应釜内加入配制好的ＴＰＥＧ和ＳＭＡＳ单体混合溶液，通入氮气，插上冷凝管，搅拌升温至６０～１００℃，分别滴加ＭＰＥＧＭＡ和ＡＡ单体混合溶液以及ＡＰＳ溶液；单体混合溶液的滴加时间为１～５小时，ＡＰＳ溶液的滴加时间为１．５～５．５小时；滴加完毕后，恒温反应０．５～１．５小时；冷却，用ＮａＯＨ溶液中和即得所需产物。本发明专利技术合成工艺简单，工艺产品性能稳定，掺量低，减水率高，具有良好的市场前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属建筑材料
，具体涉及一种低掺量高减水率的聚羧酸系减水剂、 合成方法及使用方法。
技术介绍
聚羧酸系减水剂与萘系减水剂相比，减水率高、坍落度损失小、适量引气、在合成 过程中不使用甲醛等有毒物质，是实现混凝土高性能化的重要手段。但合成聚羧酸系减水 剂的原材料如聚乙二醇单甲醚、(甲基)丙烯酸等价格较高，导致其推广应用受到很大的限 制。目前较多的外加剂厂商采用的合成方式是将聚乙二醇单甲醚(甲基)丙烯酸酯和 可聚合单体直接进行自由基聚合。此方法合成的聚羧酸系减水剂性能优异，但酯化是该合 成反应的重点和难点。聚乙二醇单甲醚和(甲基)丙烯酸的酯化温度较高、酯化时间长、反应 过程中带水剂的使用和清除都将增加企业的成本，而且原材料聚乙二醇单甲醚主要依靠进 口，价格较高。TPEG为改性聚醚，是新一代聚羧酸系减水剂的重要原料，所合成减水剂性能介于 以MPEG和APEG生产的聚羧酸减水剂之间。它可以和丙烯酸直接发生自由基聚合，是目前 研究的热点，国内已有好几家企业可以独立生产。我国对聚羧酸系减水剂的研究起步较晚，目前还停留在第一阶段，即设计合理的 分子结构，提高性能、简化工艺、降低成本、增强市场竞争力。本专利技术以聚乙二醇单甲醚甲基 丙烯酸酯(MPEGMA)、2-甲基烯丙醇聚氧乙烯醚(TPEG)为主要原材料进行自由基共聚合，大 大降低了酯化大单体的用量，不仅使聚羧酸系减水剂分子结构中同时具有酯类大单体和醚 类大单体，还引入了高效减水的磺酸基，合成工艺简单，所得聚羧酸系减水剂成本较低，在 低掺量的情况下即具有高减水率。目前，国内没有相关合成工艺方面的研究成果。专利
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种低掺量高减水率的聚羧酸系减水剂、合成方法及使用 方法。本专利技术提出的低掺量高减水率的聚羧酸系减水剂，是以聚乙二醇单甲醚甲基丙烯 酸酯(MPEGMA)和2-甲基烯丙醇聚氧乙烯醚(TPEG)为主要原料的聚羧酸系减水剂，原材 料为聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯(MPEGMA)、2-甲基烯丙醇聚氧乙烯醚(TPEG)、丙烯酸 (AA),甲基丙烯磺酸钠(SMAS)、过硫酸铵(APS)、氢氧化钠(NaOH)和水(H2O)，各组份的重量 比为组份重量比MPEGMA120TPEG30 70AA15 35SMAS6 15APS2 8NaOH4 10H2O200 1000。 各组份较佳的重量比为组份重量比MPEGMA120TPEG40 60AA20 30SMAS7 12APS3 7NaOH5 9H9O250 800本专利技术中，所述聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯的分子质量为80(Γ2000。本专利技术中，所述2-甲基烯丙醇聚氧乙烯醚的分子质量为80(Γ2000。本专利技术提出的低掺量高减水率的聚羧酸系减水剂的合成方法，具体步骤为(1)按重量比称取聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、2-甲基烯丙醇聚氧乙烯醚、丙烯酸、 甲基丙烯磺酸钠、过硫酸铵和水；(2)将2-甲基烯丙醇聚氧乙烯醚和甲基丙烯磺酸钠、聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯和 丙烯酸分别加水配制成209Γ50%(指水溶液的浓度)浓度的混合溶液，同时将过硫酸铵加适 量的水溶解；(3)向反应釜内加入步骤(2)所得的2-甲基烯丙醇聚氧乙烯醚和甲基丙烯磺酸钠的混 合溶液，通入保护气体氮气，插上冷凝管，搅拌升温至6(T10(TC，开始分别滴加步骤(2)所 得的聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯和丙烯酸的单体混合溶液和过硫酸铵溶液；单体混合液 的滴加时间为广5小时，过硫酸铵溶液的滴加时间为1. 5、. 5小时；过硫酸铵溶液滴加完毕 后，恒温反应0. 5 1. 5小时；(4)待反应物冷却后，用氢氧化钠调节PH值至6.(Γ8. 0，即得所需产物。本专利技术中，步骤(2)中所述浓度较佳为259Γ35%。本专利技术中，步骤(3)中所述温度较佳为8(T90°C。本专利技术中，步骤(3)中所述单体混合液的滴加时间较佳为;Γ4小时，过硫酸铵溶液 的滴加时间较佳为3. 5^4. 5小时。本专利技术中，用MPEGMA和TPEG共聚，反应产物分子结构中既含有酯类大单体，又含 有醚类大单体，产生物理的空间阻碍作用，防止水泥颗粒凝聚，保持良好的分散性。更重要 的是MPEGMA、TPEG可与AA、SMAS发生自由基聚合反应，引入羧基和磺酸基。羧基具有减水、 缓凝及保坍等作用，磺酸基不仅具有高效减水作用，还起到链转移的作用，改善聚羧酸系减 水剂的性能。大单体是减水剂分子的主要结构单元，有分散、增稳、引气等作用。过硫酸铵 为引发剂，主要用于中温(40°C IO(TC)引发，可使各单体参与聚合反应。氢氧化钠用来调 节反应产物溶液的PH值。本专利技术的合成产物为淡黄色透明液体，浓度为159Γ45%，净浆中减水剂掺入量为 水泥重量的0. 109Γ0. 20%,混凝土中减水剂掺入量为水泥重量的0. 159ΓΟ. 30%,具有高减水 率，能满足较高的施工要求，并在一定程度上提高混凝土强度。与现有的工艺相比，以聚乙 二醇单甲醚甲基丙烯酸酯和2-甲基烯丙醇聚氧乙烯醚为主要原材料的聚羧酸系减水剂的 合成工艺反应时间短，工艺简单，成本低，反应产物的性能稳定，尤其是掺量低减水率高。本专利技术可供外加剂生产厂生产，一步聚合而得，广泛应用于不同地区的高铁、桥 梁、大坝、机场等重大工程和各种普通工程。具体实施例方式下面通过实施例进一步说明本专利技术。实施例1，一种低掺量高减水率的聚羧酸系减水剂，其各组分重量比为分子质量 为 800 的 MPEGMA 120、分子质量为 800 的 TPEG 30、AA 15、SMAS 6、APS2、氢氧化钠 10，水 1000。TPEG和SMAS、MPEGMA和AA分别加水配制成浓度为20%的溶液，同时将过硫酸铵加20 倍的水溶解，采用如下合成方法=TPEG和SMAS单体混合溶液加入反应釜，通入氮气保护，升 温至100°C，开始分别滴加MPEGMA和AA单体混合溶液以及引发剂溶液；单体混合液的滴加 时间为1小时，引发剂滴加时间为1. 5小时，待引发剂溶液滴加完后，在100°C恒温反应0. 5 小时，冷却后加入氢氧化钠，调节PH值至8，即得所需产品。掺入占水泥重量0. 10%的该减 水剂，水灰比为0. 29时，崛荣水泥净浆流动度为300mm，2小时的净浆流动度损失为20mm ； 在混凝土中掺入0. 15%的该减水剂，混凝土减水率达27%，28天抗压强度比达130%。实施例2，一种低掺量高减水率的聚羧酸系减水剂，其各组分重量比为分子质量 为 1000 的 MPEGMA 120、分子质量为 1000 的 TPEG 50、AA 20、SMAS7、APS3，氢氧化钠 4，水 600。TPEG和SMAS、MPEGMA和AA分别加水配制成浓度为25%的溶液，同时将过硫酸铵加20 倍的水溶解，，采用如下合成方法=TPEG和SMAS单体混合溶液加入反应釜，通入氮气保护， 升温至80°C，开始分别滴加MPEGMA和AA单体混合溶液以及引发剂溶液；单体混合液的滴 加时间为3小时，引发剂滴加时间为3. 5小时，待引发剂溶液滴加完毕后，在80°C恒温反应 1小时，冷却后加入氢氧化钠，调节pH值至6. 0，即得所需产品。掺入占水泥重量0. 15%的该 减水剂，水灰比为0. 29时，崛荣水泥净浆流动度为305本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低掺量高减水率的聚羧酸系减水剂，其特征在于该聚羧酸系减水剂由聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、２－甲基烯丙醇聚氧乙烯醚、丙烯酸、甲基丙烯磺酸钠、过硫酸铵、氢氧化钠和水组成，各组份的重量比为：　　组份　重量比　　聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯　１２０　　２－甲基烯丙醇聚氧乙烯醚　３０－７０　　丙烯酸　１５－３５　　甲基丙烯磺酸钠　６－１５　　过硫酸铵　２－８　　氢氧化钠　４－１０　　水　２００－１０００。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙振平，吴小琴，罗琼，俞洋，杨辉，刘警，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]