CN102229479B - 含β-环糊精的保水型聚羧酸系减水剂及其制备和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种含β-环糊精的保水型聚羧酸系减水剂及其制备和使用方法，本发明是采用烯丙基聚乙二醇、丙烯酸、甲基丙烯磺酸钠、β-环糊精、马来酸酐、二甲基甲酰胺、氢氧化钠、过硫酸铵和偶氮二异丁脒盐酸盐为原料，通过水溶液自由基共聚工艺，制备了一种含β-环糊精侧基的聚羧酸系减水剂，这种聚羧酸系减水剂不仅减水率高，增强效果好，而且可极大地改善混凝土的保水性和粘聚性。这种聚羧酸系减水剂在大流动性混凝土、自密实混凝土、灌浆材料，以及贫混凝土中均有很大的技术优势，市场前景很广阔。

Description

含β-环糊精的保水型聚羧酸系减水剂及其制备和使用方法

技术领域

本发明属建筑材料技术领域，具体涉及一种含β-环糊精的保水型聚羧酸系减水剂及其制备和使用方法。

背景技术

混凝土中掺入适量的减水剂，可显著改善新拌混凝土的工作性能和硬化后混凝土的综合性能。聚羧酸系减水剂作为第三代减水剂产品，具有掺量低、减水率高、对凝结时间影响小、混凝土坍落度保持性好、环保无污染等优点，具有很大发展优势。然而，聚羧酸系减水剂也有致命弱点，尤其是与水泥适应性不佳，掺加后混凝土容易泌水、离析，给工程带来不少麻烦，有时甚至引起巨大的工程事故，造成拆除重新浇筑、加固等问题，影响着其大范围推广的步伐。

为解决掺加聚羧酸系减水剂混凝土的保水性和稳定性问题，混凝土外加剂企业往往在聚羧酸系减水剂中复配纤维素醚、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇和糊精等助剂，但往往发现这些增稠助剂与聚羧酸系减水剂互溶性很差，即使当时可能溶解在一起了，但存放数天后，增稠剂又析出结团，在高温天甚至还会发霉变质。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种含β-环糊精的保水型聚羧酸系减水剂及其制备和使用方法，旨在解决现有技术中所存在的问题。

本发明的技术方案如下：

一种含β-环糊精的保水型聚羧酸系减水剂，其中，包括以下组分，各原材料的重量比为：

烯丙基聚乙二醇               100

丙烯酸                     20-60

甲基丙烯磺酸钠              3-30

β-环糊精                   5-30

马来酸酐                    2-60

二甲基甲酰胺                2-20

氢氧化钠                    2-30

过硫酸铵                    0.5-20

偶氮二异丁脒盐酸盐          0.5-5。

所述的含β-环糊精的保水型聚羧酸系减水剂，其中，所述含β-环糊精的保水型聚羧酸系减水剂为淡黄色透明液体，浓度为25%-60%。

上述的含β-环糊精的保水型聚羧酸系减水剂的制备方法，其中，包括以下步骤：

S100、准确称取各原材料，在第一反应釜中加入二甲基甲酰胺和β-环糊精，搅拌、溶解后，再加入马来酸酐，不断搅拌并升温至70-100℃，反应4-14小时，得到马来酸酐-β-环糊精溶液，备用；

S200、在第二反应釜中加入适量离子水，以及烯丙基聚乙二醇、甲基丙烯磺酸钠，溶解，搅拌均匀，向第二反应釜内通入保护气体氮气，插上冷凝管；

S300、在60-100℃温度下，往第二反应釜内分别滴加丙烯酸、马来酸酐-β-环糊精溶液以及过硫酸铵和偶氮二异丁脒盐酸盐的混合溶液；丙烯酸和马来酸酐-β-环糊精溶液的滴加时间各为1-3小时，过硫酸铵和偶氮二异丁脒盐酸盐的混合溶液的滴加时间为2-4小时；

S400、滴加完毕后保温反应1-2小时，自然降温后用氢氧化钠溶液调节pH值到7-9。

上述的含β-环糊精的保水型聚羧酸系减水剂的使用方法，其中，在混凝土中掺入含β-环糊精的保水型聚羧酸系减水剂的量为水泥质量的0.8%-1.6%。

有益效果：本发明的提供一种含β-环糊精的保水型聚羧酸系减水剂及其制备和使用方法，该制备工艺简单，原材料价格低廉，所得到的产品性能稳定。在混凝土中掺入占水泥质量0.8%-1.6%的该产品，能使其具有高减水率、优异的保水性和良好的坍落度保持，能满足较高的施工要求，并在一定程度上提高混凝土强度。可广泛应用于桥梁、大坝、机场等重大工程和各种普通工程，更适用于自密实混凝土、贫混凝土和灌浆材料等。

具体实施方式

本发明提供一种含β-环糊精的保水型聚羧酸系减水剂及其制备和使用方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明采用烯丙基聚乙二醇、丙烯酸、甲基丙烯磺酸钠、β-环糊精、马来酸酐、二甲基甲酰胺、氢氧化钠、过硫酸铵和偶氮二异丁脒盐酸盐为原料,通过水溶液自由基共聚工艺，制备了一种含β-CD侧基的聚羧酸减水剂，这种聚羧酸系减水剂不仅减水率高，增强效果好，而且可极大地改善混凝土的保水性和粘聚性，被称为含β-环糊精的保水型聚羧酸系减水剂。这种减水剂在大流动性混凝土、自密实混凝土、灌浆材料，以及贫混凝土中均有很大的技术优势，市场前景很广阔。

本发明提出的含β-环糊精的保水型聚羧酸系减水剂，其原材料为烯丙基聚乙二醇、丙烯酸、甲基丙烯磺酸钠、β-环糊精、马来酸酐、二甲基甲酰胺、氢氧化钠、过硫酸铵和偶氮二异丁脒盐酸盐，各原材料的重量比为：

烯丙基聚乙二醇               100

丙烯酸                     20-60

甲基丙烯磺酸钠              3-30

β-环糊精                   5-30

马来酸酐                    2-60

二甲基甲酰胺                2-20

氢氧化钠                    2-30

过硫酸铵                    0.5-20

偶氮二异丁脒盐酸盐          0.5-5。

本发明提出的含β-环糊精的保水型聚羧酸系减水剂的制备方法如下：

S100、准确称取各原材料，在第一反应釜中加入二甲基甲酰胺和β-环糊精，搅拌、溶解后，再加入马来酸酐，不断搅拌并升温至70-100℃，反应4-14小时，得到马来酸酐-β-环糊精溶液，备用；

S200、在第二反应釜中加入适量离子水，以及烯丙基聚乙二醇、甲基丙烯磺酸钠，溶解，搅拌均匀，向第二反应釜内通入保护气体氮气，插上冷凝管；

S300、在60-100℃温度下，往第二反应釜内分别滴加丙烯酸、马来酸酐-β-环糊精溶液以及过硫酸铵和偶氮二异丁脒盐酸盐的混合溶液；丙烯酸和马来酸酐-β-环糊精溶液的滴加时间各为1-3小时，过硫酸铵和偶氮二异丁脒盐酸盐的混合溶液的滴加时间为2-4小时；

S400、滴加完毕后保温反应1-2小时，自然降温后用氢氧化钠溶液调节pH值到7-9。

步骤S200中所述离子水的加入量与烯丙基聚乙二醇醚和甲基丙烯磺酸钠的总重量相同。

步骤S400中所用的氢氧化钠溶液是将按比例称取的氢氧化钠溶于水中配制而成的。

本发明制备方法中，β-环糊精与马来酸酐在二甲基甲酰胺的催化下进行反应，制得马来酸酐-β-环糊精溶液。烯丙基聚乙二醇、甲基丙烯磺酸钠、丙烯酸、马来酸酐-β-环糊精在溶液中，进行共聚反应，过硫酸铵和偶氮二异丁脒盐酸盐为引发剂，促进自由基进行反应。氢氧化钠为溶液的pH值调节剂。β-环糊精为带一环状空腔的低聚糖，空腔直径小，能够包容一部分自由水。该产品加入混凝土中，随着水泥浆体水化的进行，自由水减少，产品分子环状空腔可释放出自由水，有助于提高浆体的流动性，而且，从混凝土加水一开始起，多加的水分不会引发泌水现象，保证了浆体的均匀性。

本发明所提出的含环糊精的保水型聚羧酸系减水剂为淡黄色透明液体，浓度为25%-60%，在混凝土中掺入占水泥质量0.8%-1.6%的该产品，能使其具有高减水率、优异的保水性和良好的坍落度保持，能满足较高的施工要求，并在一定程度上提高混凝土强度。

本发明可供外加剂生产厂生产，成本低廉，广泛应用于桥梁、大坝、机场等重大工程和各种普通工程，更适用于自密实混凝土、贫混凝土和灌浆材料等。

实施例1

一种含β-环糊精的保水型聚羧酸系减水剂，原材料重量比为烯丙基聚乙二醇100，丙烯酸20，甲基丙烯磺酸钠3，β-环糊精5，马来酸酐2，二甲基甲酰胺2，氢氧化钠2，过硫酸铵0.5，偶氮二异丁脒盐酸盐5。合成过程如下：准确称取各原材料，在反应釜中加入二甲基甲酰胺和β-环糊精，搅拌，溶解后，再加入马来酸酐，不断搅拌并升温至100℃，反应4小时，得到马来酸酐-β-环糊精溶液，备用;在另一反应釜中加入适量离子水，以及烯丙基聚乙二醇、甲基丙烯磺酸钠，溶解，搅拌均匀，向反应釜内通入保护气体氮气，插上冷凝管;在60℃温度下，分别滴加丙烯酸、马来酸酐-β-环糊精溶液以及过硫酸铵和偶氮二异丁脒盐酸盐的混合溶液;丙烯酸和马来酸酐-β-环糊精溶液的滴加时间为3小时，过硫酸铵和偶氮二异丁脒盐酸盐的混合溶液的滴加时间为4小时，滴加完毕保温反应2小时。自然降温后用氢氧化钠溶液调节pH值到7-9。掺入占水泥质量1.6%的该产品，减水率为26%，混凝土坍落度达26cm，泌水率为0，2小时后坍落度为20cm，28天抗压强度比为132%。

实施例2

一种含β-环糊精的保水型聚羧酸系减水剂，原材料重量比为烯丙基聚乙二醇100，丙烯酸60，甲基丙烯磺酸钠30，β-环糊精30，马来酸酐60，二甲基甲酰胺20，氢氧化钠20，过硫酸铵20，偶氮二异丁脒盐酸盐0.5。合成过程如下：准确称取各原材料，在反应釜中加入二甲基甲酰胺和β-环糊精，搅拌、溶解后，再加入马来酸酐，不断搅拌并升温至70℃，反应14小时，得到马来酸酐-β-环糊精溶液，备用;在另一反应釜中加入适量离子水以及烯丙基聚乙二醇、甲基丙烯磺酸钠，溶解，搅拌均匀，向反应釜内通入保护气体氮气，插上冷凝管;在100℃温度下，分别滴加丙烯酸、马来酸酐-β-环糊精溶液，以及过硫酸铵和偶氮二异丁脒盐酸盐的混合溶液;丙烯酸和马来酸酐-β-环糊精溶液的滴加时间为1小时，过硫酸铵和偶氮二异丁脒盐酸盐的混合溶液的滴加时间为2小时，滴加完毕保温反应1小时;自然降温后用氢氧化钠溶液调节pH值到7-9。掺入占水泥质量0.8%的该产品，减水率为31%，混凝土坍落度达25cm，泌水率为0，2小时后坍落度为24cm，28天抗压强度比为136%。

实施例3

一种含β-环糊精的保水型聚羧酸系减水剂，原材料重量比为烯丙基聚乙二醇100，丙烯酸40，甲基丙烯磺酸钠20，β-环糊精20，马来酸酐30，二甲基甲酰胺9，氢氧化钠30，过硫酸铵10，偶氮二异丁脒盐酸盐3。合成过程如下：准确称取各原材料，在反应釜中加入二甲基甲酰胺和β-环糊精，搅拌、溶解后，再加入马来酸酐，不断搅拌并升温至80℃，反应10小时，得到马来酸酐-β-环糊精溶液，备用;在另一反应釜中加入适量离子水以及烯丙基聚乙二醇、甲基丙烯磺酸钠，溶解，搅拌均匀，向反应釜内通入保护气体氮气，插上冷凝管;在80℃温度下，分别滴加丙烯酸、马来酸酐-β-环糊精溶液，以及过硫酸铵和偶氮二异丁脒盐酸盐的混合溶液;丙烯酸和马来酸酐-β-环糊精溶液的滴加时间为2小时，过硫酸铵和偶氮二异丁脒盐酸盐的混合溶液的滴加时间为3小时，滴加完毕保温反应2小时;自然降温后用氢氧化钠溶液调节pH值到7-9。掺入占水泥质量1.2%的该产品，减水率为35%，混凝土坍落度达26cm，泌水率为0，2小时后坍落度为23cm，28天抗压强度比为145%。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种含β-环糊精的保水型聚羧酸系减水剂，其特征在于，包括以下组分，各原材料的重量比为：

烯丙基聚乙二醇               100

丙烯酸                     20-60

甲基丙烯磺酸钠              3-30

β-环糊精                   5-30

马来酸酐                    2-60

二甲基甲酰胺                2-20

氢氧化钠                    2-30

过硫酸铵                    0.5-20

偶氮二异丁脒盐酸盐          0.5-5。

2.根据权利要求1所述的含β-环糊精的保水型聚羧酸系减水剂，其特征在于，所述含β-环糊精的保水型聚羧酸系减水剂为淡黄色透明液体，浓度为25%-60%。

3.一种如权利要求1所述的含β-环糊精的保水型聚羧酸系减水剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100、准确称取各原材料，在第一反应釜中加入二甲基甲酰胺和β-环糊精，搅拌、溶解后，再加入马来酸酐，不断搅拌并升温至70-100℃，反应4-14小时，得到马来酸酐-β-环糊精溶液，备用；

S200、在第二反应釜中加入适量离子水，以及烯丙基聚乙二醇、甲基丙烯磺酸钠，溶解，搅拌均匀，向第二反应釜内通入保护气体氮气，插上冷凝管；

S300、在60-100℃温度下，往第二反应釜内分别滴加丙烯酸、马来酸酐-β-环糊精溶液以及过硫酸铵和偶氮二异丁脒盐酸盐的混合溶液；丙烯酸和马来酸酐-β-环糊精溶液的滴加时间各为1-3小时，过硫酸铵和偶氮二异丁脒盐酸盐的混合溶液的滴加时间为2-4小时；

S400、滴加完毕后保温反应1-2小时，自然降温后用氢氧化钠溶液调节pH值到7-9。

4.根据权利要求3所述的含β-环糊精的保水型聚羧酸系减水剂的制备方法，其特征在于，步骤S200中所述离子水的加入量与烯丙基聚乙二醇醚和甲基丙烯磺酸钠的总重量相同。

5.一种如权利要求1所述的含β-环糊精的保水型聚羧酸系减水剂的使用方法，其特征在于，在混凝土中掺入含β-环糊精的保水型聚羧酸系减水剂的量为水泥质量的0.8%-1.6%。