CN101186670A

CN101186670A - 一种用微波促进合成聚羧酸系水泥减水剂的方法

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Publication number: CN101186670A
Application number: CNA2007101906051A
Authority: CN
Inventors: 夏咏梅; 方云; 徐兆付
Original assignee: Jiangnan University
Current assignee: Jiangnan University
Priority date: 2007-11-27
Filing date: 2007-11-27
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2027-11-27
Also published as: CN100537622C

Abstract

一种用微波促进合成聚羧酸系水泥减水剂的方法，属于有机合成领域。本发明基于对水泥减水剂的性能要求和单体分子构效关系的分析，对单体分子结构的选择和单体配比进行了优化。选用甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、甲基丙烯磺酸钠作为聚合单体，以过硫酸胺为引发剂，在此基础上引入微波技术，利用微波快速合成聚羧酸减水剂产品。本发明提供的方法可以大大缩短反应时间，降低能耗，减少污染，提高产品的净浆流动性能，是一种安全、高效、节能、绿色且操作简单的新方法。

Description

一种用微波促进合成聚羧酸系水泥减水剂的方法

技术领域

一种用微波促进合成聚羧酸系水泥减水剂的方法，属于有机合成技术领域。具体地说是一种以过硫酸胺为引发剂，聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯磺酸钠、甲基丙烯酸等四种单体的混合物为反应物，在微波辐射下合成聚羧酸系水泥减水剂的方法。

背景技术

聚羧酸系水泥减水剂是目前最有发展前景的新一代混凝土超塑化剂，由于它具有高减水、掺量低、高保坍性能，渐渐受到了混凝土界的广泛认同。与第一代和第二代减水剂相比，聚羧酸系水泥减水剂具有以下优点：(1)对水泥分子具有超分散性能，减水率大大超过普通减水剂，且混凝土流动性大，坍损小；(2)对凝胶材料的适应性强；(3)浇筑防水抗渗混凝土，对施工环境温度要求低；(4)能提高使用水泥中粉煤灰及磨细矿渣的掺加量；(5)环保无毒。日美欧等国家在90年代中期已成功的实现了聚羧酸水泥减水剂的工业化和应用；在国内上海磁悬浮、东海大桥、苏通大桥等许多重要工程已使用这类减水剂。聚羧酸系水泥减水剂分子一般由丙烯酸衍生物及其它烯类单体经水溶液体系聚合获得，共聚反应时间为6～8h。在共聚反应中，存在因工艺条件不易控制造成的共聚物的性能不稳定等问题。

微波化学是一门新的交叉学科。微波辐射代替常规加热方法进行化学反应具有内部加热、清洁、节能、体系易控制等优点。张晓梅等以顺丁烯二酸聚乙二醇(n＝9)单酯(MAPEG)、烯丙基磺酸钠(SAS)和顺丁烯二酸酐(MA)为单体，其摩尔比为：n(SAS)∶n(MA)∶n(MAPEG)＝3.6∶4.3∶1，过硫酸铵为引发剂(用量为反应物总质量的1.0％)，用260W微波辐射5～10min或130～650W微波辐射6～10min，合成了梳形聚羧酸共聚物。在水与水泥的质量比为0.35∶1、梳形聚羧酸共聚物掺杂量为0.4％(质量分数)时，水泥净浆流动度稳定在230mm左右。

本发明基于对减水剂性能要求和单体分子构效关系的分析，对单体分子结构的选择和单体配比进行了优化。选用甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、甲基丙烯磺酸钠作为聚合单体，在此基础上引入微波技术，利用微波快速合成聚羧酸减水剂产品。本发明提供的方法可以大大缩短反应时间，降低能耗，减少污染。

发明内容

本发明的目的是提供一种用微波促进合成聚羧酸系水泥减水剂的方法，在于克服现有技术的不足，由本发明方法合成的聚羧酸水泥减水剂性能比普通化学合成的产品性能更好，且反应时间大大缩短。

本发明的技术方案：一种用微波促进合成聚羧酸系水泥减水剂的方法，以聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯磺酸钠、甲基丙烯酸四种单体的混合物为反应物，以过硫酸胺为引发剂，聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯磺酸钠单体在反应混合物中的摩尔百分含量分别为：5％～15％、10％～20％、10％～20％、用甲基丙烯酸补足到100％，引发剂用量为四种单体总质量的0.6％～1.2％，用1000w的微波辐射上述反应混合物，使其迅速升温至反应温度，然后在200～1500w微波辐射、60℃～90℃下反应至碘量法测不出双键存在，继续在同样微波辐射反应条件下老化1～2min，用30％的氢氧化钠水溶液中和反应混合物至pH＝7～8即得聚羧酸系水泥减水剂产品。

所述的微波促进合成的聚羧酸系水泥减水剂产品的结构是：

其中a，b，c，d均为1～5的整数，m为15～25的整数，n为1～100的整数。该反应的加热手段是采用200～1500w的微波辐射。

本发明的有益效果：

(1)本发明基于对减水剂性能要求和单体分子构效关系的分析，对单体分子结构的选择和单体配比进行了优化。选用甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、一定聚合度的聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯以及甲基丙烯磺酸钠作为聚合单体，利用微波快速合成聚羧酸减水剂产品。本发明提供的方法可以大大缩短反应时间，降低能耗，减少污染。

(2)本发明所合成的聚羧酸减水剂产品在低掺量(0.3％)，低水灰比(0.3∶1)时初始净浆流动度可高达245mm，2h净浆流动度仍可达240mm，且不产生离析现象。

具体实施方法

下面对本发明进行实施例的描述，具体实施例如下：

对比例：常规加热法合成聚羧酸减水剂

向带搅拌的反应器中加入聚乙二醇(20)单甲醚甲基丙烯酸酯55.6g(0.05mo1)，丙烯酸甲酯12.9g(0.15mol)，甲基丙烯磺酸钠15.9g(0.1mol)，甲基丙烯酸60.2g(0.7mol)和145g水，搅拌均匀。待搅拌均匀后，将体系升温至85℃，然后在搅拌下再向其中滴加过硫酸胺溶液(0.87g溶于10g水中)。约1h滴加完毕。继续保持85℃反应6h得无色透明均匀溶液，用30％的氢氧化钠水溶液调节至pH＝7～8得产品。

参照GB8077-87混凝土外加剂匀质性试验方法中的水泥净浆流动度测试方法，本发明所合成的聚羧酸减水剂产品在掺量0.3％，水灰比(0.3∶1)时初始净浆流动度235mm，2h净浆流动度220mm，且产生离析现象。

实施例1：微波促进合成聚羧酸减水剂

同对比例条件，向带搅拌的反应器中加入聚乙二醇(20)单甲醚甲基丙烯酸酯55.6g(0.05mol)，丙烯酸甲酯12.9g(0.15mol)，甲基丙烯磺酸钠15.9g(0.1mol)，甲基丙烯酸60.2g(0.7mol)和145g水，搅拌均匀。然后在搅拌下再向其中加入过硫酸胺溶液(0.87g溶于10g水中)。将反应器置于微波反应器中，用1000w的微波辐射上述反应混合物，使其迅速升温至90℃。然后设定微波功率1000w、反应温度90℃，搅拌下反应5min得无色透明均匀溶液，用碘量法测不出双键存在，继续在同样微波辐射反应条件下老化1～2min，用30％的氢氧化钠水溶液调节至pH＝7～8得产品。

参照GB8077-87混凝土外加剂匀质性试验方法中的固体含量测定的方法，测得固体含量为43％。参照GB8077-87混凝土外加剂匀质性试验方法中的水泥净浆流动度测试方法，本发明所合成的聚羧酸减水剂产品在掺量0.3％，水灰比为0.3∶1时初始净浆流动度为240mm，2h净浆流动度为238mm，且不产生离析现象。

实施例2：微波促进合成聚羧酸减水剂

向带搅拌的反应器中加入聚乙二醇(23)单甲醚甲基丙烯酸酯111.2g(0.1mol)，丙烯酸甲酯8.6g(0.1mol)，甲基丙烯磺酸钠23.9g(0.15mol)，甲基丙烯酸55.9g(0.65mol)和200g水，搅拌均匀。然后在搅拌下再向其中加入过硫酸胺溶液(1.4g溶于10g水中)。将反应器置于微波反应器中，用1000w的微波辐射上述反应混合物，使其迅速升温至80℃。然后设定微波功率800w、反应温度80℃，搅拌下反应6min得无色透明均匀溶液，用碘量法测不出双键存在，继续在同样微波辐射反应条件下老化1～2min，用30％的氢氧化钠水溶液调节至pH＝7～8得产品。

参照GB8077-87混凝土外加剂匀质性试验方法中的固体含量测定的方法，测得固体含量为45％。参照GB8077-87混凝土外加剂匀质性试验方法中的水泥净浆流动度测试方法，本发明所合成的聚羧酸减水剂产品在掺量0.3％，水灰比为0.3∶1时初始净浆流动度为244mm，2h净浆流动度为239mm，且不产生离析现象。

实施例3：微波促进合成聚羧酸减水剂

向带搅拌的反应器中加聚乙二醇(18)单甲醚甲基丙烯酸酯167g(0.15mol)，丙烯酸甲酯17g(0.2mol)，甲基丙烯磺酸钠8g(0.05mol)，甲基丙烯酸52g(0.6mol)和250g水，搅拌均匀。然后在搅拌下再向其中加入过硫酸胺溶液(2.2g溶于10g水中)。将反应器置于微波反应器中，用1000w的微波辐射上述反应混合物，使其迅速升温至70℃。然后设定微波功率600w、反应温度70℃，搅拌下反应7min得无色透明均匀溶液，用碘量法测不出双键存在，继续在同样微波辐射反应条件下老化1～2min，用30％的氢氧化钠水溶液调节至pH＝7～8得产品。

参照GB8077-87混凝土外加剂匀质性试验方法中的固体含量测定的方法，测得固体含量为47％。参照GB8077-87混凝土外加剂匀质性试验方法中的水泥净浆流动度测试方法，本发明所合成的聚羧酸减水剂产品在掺量0.3％，水灰比为0.3∶1时初始净浆流动度为243mm，2h净浆流动度为240mm，且不产生离析现象。

实施例4：微波促进合成聚羧酸减水剂

向带搅拌的反应器中加入聚乙二醇(25)单甲醚甲基丙烯酸酯167g(0.15mol)，丙烯酸甲酯17g(0.2mol)，甲基丙烯磺酸钠32g(0.2mol)，甲基丙烯酸39g(0.45mol)和260g水，搅拌均匀。然后在搅拌下再向其中加入过硫酸胺溶液(3.1g溶于10g水中)。将反应器置于微波反应器中，用1000w的微波辐射上述反应混合物，使其迅速升温至60℃。然后设定微波功率200w、反应温度60℃，搅拌下反应10min得无色透明均匀溶液，用碘量法测不出双键存在，继续在同样微波辐射反应条件下老化1～2min，用30％的氢氧化钠水溶液调节至pH＝7～8得产品。

参照GB8077-87混凝土外加剂匀质性试验方法中的固体含量测定的方法，测得固体含量为49％。参照GB8077-87混凝土外加剂匀质性试验方法中的水泥净浆流动度测试方法，本发明所合成的聚羧酸减水剂产品在掺量0.3％，水灰比为0.3∶1时初始净浆流动度为245mm，2h净浆流动度为241mm，且不产生离析现象。

Claims

1.一种用微波促进合成聚羧酸系水泥减水剂的方法，其特征是以聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯磺酸钠、甲基丙烯酸四种单体的混合物为反应物，以过硫酸胺为引发剂，聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯磺酸钠单体在反应混合物中的摩尔百分含量分别为：5％～15％、10％～20％、10％～20％、用甲基丙烯酸补足到100％，引发剂用量为四种单体总质量的0.6％～1.2％，用1000w的微波辐射上述反应混合物，使其迅速升温至反应温度，然后在200～1500w微波辐射、60℃～90℃下反应至碘量法测不出双键存在，继续在同样微波辐射反应条件下老化1～2min，用30％的氢氧化钠水溶液中和反应混合物至pH＝7～8即得聚羧酸系水泥减水剂产品。

2.根据权利要求1所述的用微波促进合成聚羧酸系水泥减水剂的方法，其特征是所述的微波促进合成的聚羧酸系水泥减水剂产品的结构是：

其中a，b，c，d均为1～5的整数，m为15～25的整数，n为1～100的整数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是该反应的加热手段是采用200～1500w的微波辐射。