一步直接合成纯固体聚羧酸高性能减水剂的方法技术

一步直接合成纯固体聚羧酸高性能减水剂的方法属于减水剂领域。本发明专利技术以丙烯酸类化合物和不饱和聚氧乙烯醚为聚合反应单体，加入分子量调节剂，在引发剂的作用下于无任何溶剂的环境下通过自由基本体聚合反应制得。本发明专利技术过程可控性强、聚合度高、成本低廉、环保无污染，通过本体聚合实现了完全无水的纯固体聚羧酸高性能减水剂的制备，不但具有与普通溶液聚合制备的聚羧酸减水剂相近的水泥净浆流动度及保持能力、水泥适应性、混凝土应用性能，同时由于直接聚合的产品为无水纯固体，可根据实际需要配制任意浓度溶液，且无需加热干燥或分离溶剂等后处理工序，运输更为方便，节省运输成本，具有很好的市场竞争力和应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种水泥混凝土用聚羧酸高性能减水剂的
，特别涉及到一种采用一步自由基共聚合反应直接合成纯固体无水聚羧酸高性能减水剂的具体制备方法。
技术介绍
聚羧酸减水剂作为现代混凝土的第五组分，凭借其优异的低掺量、高保坍、分子设计自由度大等优点，已经在混凝土工程
被广泛应用。目前广泛应用的聚羧酸减水齐IJ多为10-50%浓度的溶液产品，由于部分施工地点距离偏远，较低的折固含量会提高运输成本，加之干粉砂浆的广泛应用，因此研究开发无水纯固体的聚羧酸高性能减水剂，无疑对于加快聚羧酸减水剂行业的发展、推广聚羧酸减水剂应用有着极其重要的意义。 专利CN102372458A (公开日2012年3月14日)报道了一种固体聚羧酸减水剂的制备方法。该专利是由不饱和酸和其他不饱和单体在有机溶剂中进行共聚，然后经分离沉淀和低温干燥后制备得到。该固体减水剂在溶于水溶剂中，与市售同样浓度的液体聚羧酸减水剂产品相比，综合性能没有差异。由于不存在大量的液体水溶剂，运输更为方便，而且降低了大量的运输成本。但是，该专利技术专利需要用到有机溶剂如醇、芳香烃、脂肪烃、酯、酮等，得到聚合产物之后还需要干燥分离溶剂，仍然不能真正实现一步直接得到无水纯固体的聚羧酸减水剂。专利CN1616375A (公开日2005年5月18日)报道了一种可以赋予水硬性水泥组合物以多种优异性能的多功能掺和剂。通过在非水体系中使以预定比例含马来酸酐与特定烯丙基醚单体的自由基聚合性单体混合物开始共聚反应，转化率达50-90%的反应中途时，向反应体系中加水使自由基共聚反应停止，得到含有生成共聚物和残存单体的反应混合物。该专利技术专利虽然可以得到任意浓度的聚羧酸减水剂溶液，但是需要在反应中期加水使共聚合反应中止，不但转化率不高，而且无法提供真正意义上的无水纯固体聚羧酸减水剂产品。专利CN100366565C (公开日2008年2月6日)报道了一种粉体聚羧酸减水剂的制备方法。该专利是将聚羧酸减水剂溶液通过雾化器形成雾滴，喷射进入干燥室，进入干燥室的热空气气流与物料流向相同，干燥室进风温度为120-200°C，出风温度为50-110°C，经干燥、沉降而获得粉体聚羧酸减水剂。该专利技术方法解决了液体聚羧酸减水剂长距离运输的成本昂贵的问题，拓宽了产品的应用领域，能适用于一般液体聚羧酸减水剂不能直接应用的干粉砂浆，同时在制备过程中避免了物料粘壁、高温下易发生副反应等不利因素，制备的粉体使用方便，易于工业化生产。该专利技术专利虽然解决了喷雾干燥中控制不当导致减水剂粉体挂壁并可能引发燃烧的问题，但是生产过程中干燥室内的高温热风所需能耗高，并且成粉过程中的这道高温雾化干燥工艺容易导致聚羧酸减水剂发生部分交联，破坏聚羧酸减水剂的结构。专利CN102372828A (公开日2012年3月14日)报道了一种合成固体聚羧酸减水剂的制备方法。该专利是将含有不饱和基团的单体在有机溶剂反应，在反应结束后加入碱性物质中和并经过离心分离处理制备聚羧酸减水剂，再将所制得的聚羧酸减水剂经过干燥处理得到固体聚羧酸减水剂。该专利技术提供的固体聚羧酸减水剂采用低温方式制备而成，避免了聚羧酸减水剂因高温喷雾干燥而发生交联，破坏聚羧酸减水剂的结构，从而制得性能更为优越的固体聚羧酸减水剂。该专利技术专利虽然省却了喷雾干燥工艺，但是依然未能完全脱离使用有机溶剂的合成工艺，尽管其用量不高(< 5%)，但是有机溶剂的存在，一者在一定程度上降低了有效成分的含量，二者不绿色环保，故而该专利制备的也并非真正的无水纯固体的聚羧酸减水剂。多数专利中描述的固体聚羧酸系减水剂的制备方法大多以一定量的醇、芳香烃、脂肪烃等有机溶剂作为反应介质，若脱离有机溶剂则通过相应的高温喷雾干燥工艺制备。然而，以上描述的制备方法均有一定程度的不足之处，有机溶剂的存在，不但降低了相应的折固掺量，而且对进入到混凝土体系中对其耐久性等影响尚未可知，很可能造成二次环境污染；在反应中期加水终止聚合并得到聚羧酸减水剂溶液的方法，虽然在反应初期属于无溶剂聚合，但很难达到高转化率且最终无法得到真正的固体聚羧酸粉剂，难以实现工业化生产；高温喷雾干燥法虽然可以制得固体聚羧酸减水剂粉剂，但其生产过程繁琐耗能，且在脱除溶剂过程中的长时间高温易对减水剂结构本身造成不利影响。现有专利均未能一步到 位直接合成出纯固体无水的聚羧酸高性能减水剂，这就要求合成的纯固体聚羧酸减水剂品种不仅具备优异的减水保坍效果，又能真正实现简便、快捷、绿色、高效的制备工艺和操作步骤，有关这方面工作国内外未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种一步直接合成纯固体聚羧酸高性能减水剂的制备工艺，通过将丙烯酸类化合物与不饱和聚氧乙烯醚在无任何溶剂的环境下直接自由基聚合反应，得到性能优异的无水聚羧酸减水剂固体粉剂。该方法采用的是本体聚合方式，整个过程不使用任何溶剂或介质，有效改善了以往通常采用溶剂法制备后高温喷雾干燥导致结构变化或挂壁灼烧的问题，丰富了合成聚羧酸高性能减水剂的制备方法。采用本方法合成的无水固体减水剂具有合成工艺简单高效、安全环保无污染、生产成本及能耗低、浓度可控并运输方便、流动性及保持能力优异等优点，不仅与传统溶液法制备的聚羧酸减水剂的性能相当，而且在低掺量时对不同种水泥均具有较好的适应性。本专利技术提供了一种通过一步直接合成纯固体聚羧酸高性能减水剂的制备方法，采用一步法直接自由基共聚制备纯固体无水的聚羧酸高性能减水剂材料，包括以下条件首先将不饱和聚氧乙烯醚加入到反应器中，升温至50-70°C，待不饱和聚氧乙烯醚呈液态，依次向反应器中加入分子量调节剂、(甲基)丙烯酸或其与不饱和羧酸的混合物单体、引发剂，并且每次加料间隔搅拌时间5-20分钟，继续升温至75-95°C下进行本体聚合反应，反应1. 5-8小时，停止反应，冷却至25-40°C，即得到纯固体的聚羧酸高性能减水剂。上述条件的本体聚合反应中所用不饱和聚氧乙烯醚为甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯、烯丙基聚氧乙烯醚、异丁烯基聚氧乙烯醚或异戊烯基聚氧乙烯醚；所用的分子量调节剂为甲基丙烯磺酸钠、烯丙基磺酸钠、巯基乙酸、巯基丙酸或正十二烷基硫醇，用量与不饱和聚氧乙烯醚的摩尔比为0. 05-0. 75 1 ;所用的不饱和羧酸单体为衣康酸、马来酸(酐)、富马酸中的一种或几种，用量与加入的(甲基)丙烯酸的摩尔比为0. 1-5 :1 ;所用的引发剂为过氧化二苯甲酰、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异戊腈、偶氮二环己基甲腈、偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化二碳酸二环己酯、过氧化二碳酸二十六酯、过氧化二碳酸双十四酯或过氧化二碳酸二(2-乙基)己酯，用量与不饱和聚氧乙烯醚的摩尔比为0. 05-0. 5 1 ;所用的(甲基)丙烯酸或其与不饱和羧酸的混合物单体与不饱和聚氧乙烯醚的摩尔比为1. 5-7. 5:1。本专利技术方法中的不饱和聚氧乙烯醚的数均分子量为1000-3000。本专利技术方法与现有技术相比具有以下有益效果(I)本专利技术在完全不使用溶剂的条件下制备聚羧酸高性能减水剂，该一步聚合法在无水环境下进行，得到的聚合产物为100%浓度的固体聚羧酸减水剂，经破碎成粉后的产品可以批量应用于干粉砂浆、商品混凝土等多个领域，根据现场需要加入相应量的水配制成任意浓度的溶液，大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一步直接合成纯固体聚羧酸高性能减水剂的方法，其特征在于，通过一步法直接自由基共聚合反应制备纯固体无水的聚羧酸高性能减水剂材料的条件如下：首先将不饱和聚氧乙烯醚加入到反应器中，升温至50?70℃，待不饱和聚氧乙烯醚呈液态，依次向反应器中加入分子量调节剂、丙烯酸或甲基丙烯酸之一或丙烯酸或甲基丙烯酸之一与不饱和羧酸的混合物单体、引发剂，并且每次加料间隔搅拌时间5?20分钟，继续升温至75?95℃下进行本体聚合反应，反应1.5?8小时，停止反应，冷却至25?40℃，即得到纯固体的聚羧酸高性能减水剂。其中，本体聚合反应中所用不饱和聚氧乙烯醚为甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯、烯丙基聚氧乙烯醚、异丁烯基聚氧乙烯醚或异戊烯基聚氧乙烯醚；所用的分子量调节剂为甲基丙烯磺酸钠、烯丙基磺酸钠、巯基乙酸、巯基丙酸或正十二烷基硫醇，用量与不饱和聚氧乙烯醚的摩尔比为0.05?0.75：1；所用的不饱和羧酸单体为衣康酸、马来酸、马来酸酐、富马酸中的一种或几种，用量与加入的丙烯酸或甲基丙烯酸的摩尔比为0.1?5：1；所用的引发剂为过氧化二苯甲酰、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异戊腈、偶氮二环己基甲腈、偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化二碳酸二环己酯、过氧化二碳酸二十六酯、过氧化二碳酸双十四酯或过氧化二碳酸二(2?乙基)己酯，用量与不饱和聚氧乙烯醚的摩尔比为0.05?0.5：1。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓，王子明，梁旭，朱洁，李慧群，周姮，卢子臣，路芳，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：