CN102775089A - 星型聚羧酸系高性能减水剂及其制备方法 - Google Patents

星型聚羧酸系高性能减水剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种星型聚羧酸系高性能减水剂，它是由3.2~5%的马来酸酐和1.2~2%甘油反应生成的星型单体，然后与26~32%甲基烯丙基聚醚、2.4~3%丙烯酸及0.4~0.8%甲基丙烯磺酸钠等单体，在过硫酸铵和巯基丙酸作用下进行水溶液聚合而成。与现有技术相比，本发明所制备的星型聚羧酸系高性能减水剂改善了现有减水剂掺量较大、坍落度损失大、水泥适应性差等缺点。另外本发明不使用有机溶剂，操作简单，反应过程容易控制，绿色环保。

Description

星型聚羧酸系高性能减水剂及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料中的混凝土减水剂技术领域，具体涉及一种星型聚羧酸系高性能减水剂，特别涉及该种减水剂的制备方法。
背景技术
随着我国核电、水利、桥梁、隧道等大型基础设施的兴起，尤其是国家铁路客运专线网工程的规划实施，对聚羧酸系减水剂的市场需求持续增长。与传统的高效减水剂相比，聚羧酸系减水剂以其高减水率、低坍落度损失、低碱含量等优良性能已成为混凝土高性能化的关键材料。另外随着商品混凝土的发展，对聚羧酸系减水剂的保坍性能要求越来越高。混凝土坍落度经时损失不仅直接影响到减水剂使用效果，还大大制约了商品混凝土运输半径，给工程施工带来很多不便，因此在保证高减水率的同时，还必须进一步提高减水剂的保坍性能。
目前，国内对聚羧酸系减水剂的研究较为广泛，但主要集中在梳型结构的研究上，其性能也很难做到兼具高减水高保坍的效果。本发明所制备的星型聚羧酸系减水剂减水率高、坍落度保持性能好，国内尚未见相关报道。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种原料来源易得、生产成本低、生产工艺简单、绿色环保的星型聚羧酸系高性能减水剂及其制备方法。该种减水剂的星型分子结构，增加了与水泥颗粒的接触面积，提高了其与水泥颗粒之间的键合力，增大了分子的空间位阻作用，从而使减水剂具有更好的分散效果。
本发明涉及的星型聚羧酸系高性能减水剂，是以甲基烯丙基聚醚(TPEG)、马来酸酐(MAD)、甘油(GL)、甲基丙烯磺酸钠(MAS)、丙烯酸(AA)、过硫酸铵(APS)、巯基丙酸(MPA)、30%液碱(SH)和水组成，各组分的重量比为： 
MAD GL TPEG AA MAS APS MPA SH 水
32~50 12~20 260~320 24~30 4~8 2.2~3.6 1.0~2.4 16~28 560~590
本发明还涉及这种星型聚羧酸系高性能减水剂的制备方法：
（1）星型单体的合成：在配置有搅拌器、温度计、冷凝管和分水器的干燥四口瓶中加入GL，在搅拌下升温至70℃；将定量的MAD分3~ 4次，每次间隔10min缓慢加入。投料完毕后升温至110℃，保温反应6h，加水配成质量分数为70%的溶液，得到一种淡黄色透明液体。
（2）星型聚羧酸系减水剂的制备：向装有温度计、搅拌器和回流冷凝管的四口瓶中加入计量的星型单体，搅拌并升温至90℃，分别缓慢滴加(AA+MAS)混合溶液和(APS+MPA)混合溶液，3h滴完，保温反应2h后降温至40℃以下，加入液碱调节pH为 6~7，出料得黄色透明液体。
具体实施方式
以下用具体实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。 
实施例1。
在配置有搅拌器、温度计、冷凝管和分水器的干燥四口瓶中加入12.5份GL，在搅拌下升温至70℃；将35份的MAD分3~4次，每次间隔10min缓慢加入。投料完毕后升温至110℃，保温反应6h，加20份水配成质量分数为70%的溶液，得到一种淡黄色透明液体。将305份TPEG及所制的星型单体加入四口瓶，加水460份搅拌并升温至90℃，26份AA和5.8份MAS加水45份配成滴加液A，2.8份APS和1.5份MPA加水60份配成滴加液B，分别缓慢滴加A、B两种滴加液，3h滴完，保温反应2h后降温至40℃以下，加入22份液碱调节pH为 6~7，出料得成品ZT-A。
实施例2。
在配置有搅拌器、温度计、冷凝管和分水器的干燥四口瓶中加入18.3份GL，在搅拌下升温至70℃；将44份的MAD分3~ 4次，每次间隔10min缓慢加入。投料完毕后升温至110℃，保温反应6h，加27份水配成质量分数为70%的溶液，得到一种淡黄色透明液体。将290份TPEG及所制的星型单体加入四口瓶，加水450份搅拌并升温至90℃，28.5份AA和6.6份MAS加水45份配成滴加液A，3.1份APS和1.7份MPA加水60份配成滴加液B，分别缓慢滴加A、B两种滴加液，3h滴完，保温反应2h后降温至40℃以下，加入26份液碱调节pH为 6~7，出料得成品ZT-B。
实施例3。
在配置有搅拌器、温度计、冷凝管和分水器的干燥四口瓶中加入15.5份GL，在搅拌下升温至70℃；将47份的MAD分3~ 4次，每次间隔10min缓慢加入。投料完毕后升温至110℃，保温反应6h，加27份水配成质量分数为70%的溶液，得到一种淡黄色透明液体。将280份TPEG及所制的星型单体加入四口瓶，加水428份搅拌并升温至90℃，25份AA和4.6份MAS加水45份配成滴加液A，2.6份APS和1.3份MPA加水60份配成滴加液B，分别缓慢滴加A、B两种滴加液，3h滴完，保温反应2h后降温至40℃以下，加入18份液碱调节pH为 6~7，出料得成品ZT-C。
应用实施例1。
评价实施例1~3中合成的星型聚羧酸系高性能减水剂、市售聚羧酸系减水剂的分散性能及坍落度保持能力，参照国家标准GB 8076-2008《混凝土外加剂》相关规定执行。试验水泥采用基准水泥，混凝土配合比中C:S:G=360:836:1024，减水剂均为固掺0.15%，调整用水量使新拌混凝土初始坍落度为210mm±10mm。对比的聚羧酸系高性能减水剂选用本公司的GX和江苏某厂的PC。试验结果见下表1。结果表明，本发明星型聚羧酸系高性能减水剂的三个实施例减水率高于对比的APEG类减水剂GX和TPEG类减水剂PC，坍落度保持性能也优于对比样品。
表1  本发明与其它高效减水剂的混凝土性能对比
Figure 201210298058X100002DEST_PATH_IMAGE001
应用实施例2。
试验方法参照GB8076-2008《混凝土外加剂》的相关规定执行。其中减水剂均为固掺0.2%，混凝土配合比同前，调整用水量使新拌混凝土初始坍落度为210mm±10mm，试验结果见表2。结果表明，对所考察的四种不同地区的水泥，其减水率都在28%以上，采用不同的水泥测得的减水率相差很小，且其1h坍落度基本都能保持。因此无论是坍落度保持能力或是减水性能，本发明制备的星型聚羧酸系高性能减水剂对各种不同的水泥都是相适应的。
表2  星型聚羧酸系高性能减水剂的水泥适应性
虽然本发明通过实施例进行了描述，但实施例并非用来限定本发明。本领域技术人员可在本发明的精神的范围内，做出各种变形和改进，例如成分比例或时间范围的调整，这种调整后的效果是可预测的，所以其同样在本发明的保护范围之内。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求相同或等同的技术特征所界定的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种星型聚羧酸系高性能减水剂，其特征在于，成分的重量份数如下：
马来酸酐(MAD)               32~50；
甘油(GL)                        12~20；
甲基烯丙基聚醚(TPEG)     260~320；
丙烯酸(AA)                     24~30；
甲基丙烯磺酸钠(MAS)       4~8；
过硫酸铵(APS)                 2.2~3.6；
巯基丙酸(MPA)                1.0~2.4；
30%液碱(SH)                   16~28；
水                                 560~590。
2.根据权利要求1所述的星型聚羧酸系高性能减水剂，其特征在于，所述过硫酸铵作为引发剂，所述巯基丙酸作为链转移剂，所述液碱为30%液碱。
3.一种权利要求1或2所述的星型聚羧酸系高性能减水剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： 
（1）星型单体的合成：在配置有搅拌器、温度计、冷凝管和分水器的干燥四口瓶中加入甘油(GL)，在搅拌下升温至60~80℃；将定量的马来酸酐(MAD)分2~5次，每次间隔8~12min缓慢加入；投料完毕后升温至100~120℃，保温反应5~7h，加水配成质量分数为60~80%的溶液，得到一种淡黄色透明液体；
（2）星型聚羧酸系减水剂的制备：向装有温度计、搅拌器和回流冷凝管的四口瓶中加入计量的星型单体，搅拌并升温至80~100℃，分别缓慢滴加丙烯酸(AA)与甲基丙烯磺酸钠(MAS)的混合溶液及过硫酸铵(APS)与巯基丙酸(MPA)的混合溶液，2~4h滴完，保温反应1.5~2.5h后降温至40℃以下，加入液碱(SH)调节pH为6~7，出料得黄色透明液体。
4.一种权利要求1或2所述的星型聚羧酸系高性能减水剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： 
（1）星型单体的合成：在配置有搅拌器、温度计、冷凝管和分水器的干燥四口瓶中加入甘油(GL)，在搅拌下升温至70℃；将定量的马来酸酐(MAD)分3~4次，每次间隔10min缓慢加入；投料完毕后升温至110℃，保温反应6h，加水配成质量分数为70%的溶液，得到一种淡黄色透明液体；
（2）星型聚羧酸系减水剂的制备：向装有温度计、搅拌器和回流冷凝管的四口瓶中加入计量的星型单体，搅拌并升温至90℃，分别缓慢滴加丙烯酸(AA)与甲基丙烯磺酸钠(MAS)的混合溶液及过硫酸铵(APS)与巯基丙酸(MPA)的混合溶液，3h滴完，保温反应2h后降温至40℃以下，加入液碱(SH)调节pH为6~7，出料得黄色透明液体。
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