CN102887664B - 一种与水泥适应性强、保坍性好的聚羧酸系减水剂及其合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种与水泥适应性强、保坍性好的聚羧酸系减水剂及其合成方法。合成原料有：相对分子质量分别为1200、2250及3200的三种烯丙醇聚氧乙烯醚（APEG）、丙烯酸、过硫酸铵、氢氧化钠和水。步骤为：将丙烯酸和过硫酸铵分别与水混合，配制成20%-60%浓度的丙烯酸水溶液和过硫酸铵水溶液；将上述三种相对分子质量的APEG按比例混合，加水配制成20%-60%浓度的APEG水溶液；向反应釜内加入配制好的APEG水溶液，通氮气，插冷凝管，升温至50-90℃后，同时滴加丙烯酸水溶液和过硫酸铵水溶液,使得丙烯酸水溶液滴加时间为1-3小时，过硫酸铵水溶液滴加时间为1.5-3.5小时；滴加完毕后，恒温2-6小时；待反应物冷却，用氢氧化钠溶液中和后混合均匀，即得所需产物。本发明合成工艺简单，产品性能优异且稳定，具有良好的市场前景。

Description

一种与水泥适应性强、保坍性好的聚羧酸系减水剂及其合成方法

技术领域

本发明属建筑材料技术领域，具有涉及一种与水泥适应性强、保坍性好的聚羧酸系减水剂及其合成方法。

背景技术

聚羧酸系减水剂是继木钙为代表的普通减水剂和萘系为代表的高效减水剂之后发展起来的第三代高性能减水剂，是目前应用前景最好、综合性能最优的一种高性能减水剂。其具有掺量低、减水率高、坍落度经时损失小、产品性能稳定等一系列优点。聚羧酸系减水剂的广泛应用极大地提高了工程的施工进度以及混凝土的强度和耐久性，并进一步推动了混凝土工艺和应用技术的发展。然而，由于我国水泥品种繁多、成分复杂且性能变化大，造成了该类减水剂在使用过程中经常会出现与水泥不相适应的问题，具体表现在：坍落度损失过快、泌水离析现象严重、混凝土凝结时间异常等。为此，我们急需合成一种与水泥适应性强、保坍性好的聚羧酸系减水剂以解决上述问题。

传统概念上，合成聚羧酸系减水剂时，都会要求减水剂的相对分子质量分布尽可能窄，以便达到较高的减水效果。然而实际应用发现，由于减水剂分子链段过于规整，所合成的聚羧酸系减水剂只对某一狭小粒径范围内的颗粒具有较好的吸附性及分散性，而对于其他粒径颗粒的吸附性及分散性较差，由此造成了减水剂与水泥适应性不良问题的产生。故此，合成一种相对分子质量分布较宽、分子侧链间距宽窄无序的聚羧酸系减水剂可有效解决该问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种与水泥适应性强、保坍性好、合成工艺简单、产品性能优异且稳定的聚羧酸系减水剂及其合成方法。

本发明提出的与水泥适应性强、保坍性好的聚羧酸系减水剂，其原料组成为分子量为1200的APEG、分子量为2250的APEG、分子量为3200的APEG、丙烯酸、过硫酸铵、氢氧化钠和水，各组份的质量比为：

分子量为2250的APEG                         100

分子量为1200的APEG                     12-27

分子量为3200的APEG                     13-28

丙烯酸                                   33-39 

过硫酸铵                                1.00-5.00

氢氧化钠                                 2-10

水                                          200-625。

本发明提出的与水泥适应性强、保坍性好的聚羧酸系减水剂的合成方法，具体步骤如下：

（1）按一定质量比称取分子量为1200的APEG、分子量为2250的APEG、分子量为3200的APEG、丙烯酸、过硫酸铵和水；

（2）将丙烯酸和过硫酸铵分别加水配制成浓度为20%-60%的丙烯酸水溶液和过硫酸铵水溶液；

（3）将分子量为1200的APEG 、分子量为2250的APEG、分子量为3200的APEG按一定比例混合，加水配制成浓度为20%-60%的APEG水溶液；

（4）向反应釜内加入步骤（3）所得的APEG水溶液，通入保护气体氮气，插上冷凝管，升温至50-90℃；随后，同时滴加步骤（2）所得的丙烯酸水溶液和过硫酸铵水溶液，并控制滴加速度，使得丙烯酸水溶液的滴加时间为1-3小时，过硫酸铵水溶液的滴加时间为1.5-3.5小时，待过硫酸铵水溶液滴加完毕后，恒温反应2-6小时；

（5）待反应物冷却后，用氢氧化钠溶液中和并混合均匀，即得所需产物。

本发明中，所述烯丙醇聚氧乙烯醚(APEG)采用分子量为1200的APEG、分子量为2250的APEG、分子量为3200的APEG作为接枝，由于其相对分子质量的不同，使得其聚合活性也不尽相同。通过自由基聚合反应制得的产物，其相对分子质量分布、梳状分子的支链长度及支链间距等都存在着差异，而这种差异使得减水剂分子能够较好的适应不同粒径的水泥颗粒，产生良好的吸附性和分散性，进而表现出与水泥间的良好适应性。这里，短侧链的聚羧酸系减水剂提供了较好的初始流动度，而长侧链的聚羧酸系减水剂具有较好的流动度保持性，两者协同作用，保证了混凝土施工进程的顺利进行。

本发明的合成产物为淡黄色透明液体，浓度为20%-60%。当在净浆中减水剂掺量为水泥质量的0.20%-0.60%，砂浆中减水剂掺量为水泥质量的0.40%-1.20%，混凝土中减水剂掺量为水泥质量的0.50%-2.50%时，能使其具有较高的减水率及流动度保持性。同时，该减水剂对于多种水泥均有良好的适应性，能满足较高的施工要求，并在一定程度上提高混凝土的强度。

本发明制备的与水泥适应性强、保坍性好的聚羧酸系减水剂，其主要是由分子量为1200的APEG、分子量为2250的APEG、分子量为3200的APEG作为接枝，同时，选用丙烯酸作为聚合反应中的不饱和羧酸，以过硫酸铵为引发剂，通过自由基聚合反应制得。该产品制备工艺简单，性能优异且稳定，具有良好的市场应用前景。

本发明可供外加剂生产厂生产，并广泛应用于不同地区的铁路、桥梁、大坝等重大工程及各种普通工程。在工程的实际应用中，可通过调节掺量或复配其它外加剂以满足不同的施工要求，是一种较为理想的聚羧酸系减水剂。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。

实施例1，一种与水泥适应性强、保坍性好的聚羧酸系减水剂及其合成方法，以三种相对分子质量的APEG、丙烯酸、过硫酸铵、水等为主要合成原料。其各自的质量比分别为：相对分子质量为1200的APEG取12.06、相对分子质量为2250的APEG取100、相对分子质量为3200的APEG取27.00、丙烯酸取32.28、过硫酸铵取3.43、水取437。采用如下步骤进行合成：按上述质量比称取原料；将丙烯酸、过硫酸铵及三种相对分子质量的APEG分别配制成浓度均为40%的丙烯酸水溶液、过硫酸铵水溶液及APEG水溶液；向反应釜内加入上述所得的APEG水溶液，通入保护气体氮气，插冷凝管，升温至80℃后，滴加先前所得的丙烯酸水溶液和过硫酸铵水溶液，控制滴加速度，使得丙烯酸水溶液滴加时间为1小时，过硫酸铵水溶液滴加时间为1.5小时；待过硫酸铵水溶液滴加完毕后，恒温反应4小时；反应物冷却后，用氢氧化钠溶液中和，混合均匀，即得所需产物（记为AA-APEG_1）。所得产物的分散性能按照GB/T 8077-2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》测定。为了测试产品的适应性，采用芜湖海螺、江南小野田及上海金山三个不同厂家生产的P·Ⅱ42.5硅酸盐水泥进行了水泥净浆流动度的试验，试验所得结果见表1。其中，产品的掺量（折固）为水泥质量的0.20%。

实施例2，一种与水泥适应性强、保坍性好的聚羧酸系减水剂及其合成方法，以三种相对分子质量的APEG、丙烯酸、过硫酸铵、水等为主要合成原料。其各自的质量比分别为：相对分子质量为1200的APEG取24.12、相对分子质量为2250的APEG取100、相对分子质量为3200的APEG取13.44、丙烯酸取33.12、过硫酸铵取3.40、水取435。采用如下步骤进行合成：按上述质量比称取原料；将丙烯酸、过硫酸铵及三种相对分子质量的APEG分别配制成浓度均为40%的丙烯酸水溶液、过硫酸铵水溶液及APEG水溶液；向反应釜内加入上述所得的APEG水溶液，通入保护气体氮气，插冷凝管，升温至80℃后，滴加先前所得的丙烯酸水溶液和过硫酸铵水溶液，控制滴加速度，使得丙烯酸水溶液滴加时间为1小时，过硫酸铵水溶液滴加时间为1.5小时；待过硫酸铵水溶液滴加完毕后，恒温反应4小时；反应物冷却后，用氢氧化钠溶液中和，混合均匀，即得所需产物（记为AA-APEG_2）。所得产物的分散性能按照GB/T 8077-2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》测定。为了测试产品的适应性，采用芜湖海螺、江南小野田及上海金山三个不同厂家生产的P·Ⅱ42.5硅酸盐水泥进行了水泥净浆流动度的试验，试验所得结果见表1。其中，产品的掺量（折固）为水泥质量的0.20%。

实施例3，一种与水泥适应性强、保坍性好的聚羧酸系减水剂及其合成方法，以三种相对分子质量的APEG、丙烯酸、过硫酸铵、水等为主要合成原料。其各自的质量比分别为：相对分子质量为1200的APEG取18.03、相对分子质量为2250的APEG取100、相对分子质量为3200的APEG取21.02、丙烯酸取32.44、过硫酸铵取3.43、水取437。采用如下步骤进行合成：按上述质量比称取原料；将丙烯酸、过硫酸铵及三种相对分子质量的APEG分别配制成浓度均为40%的丙烯酸水溶液、过硫酸铵水溶液及APEG水溶液；向反应釜内加入上述所得的APEG水溶液，通入保护气体氮气，插冷凝管，升温至80℃后，滴加先前所得的丙烯酸水溶液和过硫酸铵水溶液，控制滴加速度，使得丙烯酸水溶液滴加时间为1小时，过硫酸铵水溶液滴加时间为1.5小时；待过硫酸铵水溶液滴加完毕后，恒温反应4小时；反应物冷却后，用氢氧化钠溶液中和，混合均匀，即得所需产物（记为AA-APEG_3）。所得产物的分散性能按照GB/T 8077-2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》测定。为了测试产品的适应性，采用芜湖海螺、江南小野田及上海金山三个不同厂家生产的P·Ⅱ42.5硅酸盐水泥进行了水泥净浆流动度的试验，试验所得结果见表1。其中，产品的掺量（折固）为水泥质量的0.20%。

表1 实施例性能测试结果

产物序号	金山水泥净浆流动度（初始/2.5h后）	小野田水泥净浆流动度（初始/2.5h后）	海螺水泥净浆流动度（初始/2.5h后）
				AA-APEG_1	205/220	220/220	210/220
AA-APEG_2	235/210	245/215	230/205
				AA-APEG_3	220/215	230/215	220/210

Claims (2)

1.一种与水泥适应性强、保坍性好的聚羧酸系减水剂，其特征在于原料组成为：分子量为1200的APEG、分子量为2250的APEG、分子量为3200的APEG、丙烯酸、过硫酸铵、氢氧化钠和水，各组分的质量比为：

分子量为2250的APEG                       100

分子量为1200的APEG                       12-27

分子量为3200的APEG                       13-28

丙烯酸                                    33-39  

过硫酸铵                                  1.00-5.00

氢氧化钠                                  2-10

水                                        200-625；

所述聚羧酸系减水剂通过下述方法制备得到，具体步骤如下：

（1）按质量比称取分子量为1200的APEG、分子量为2250的APEG、分子量为3200的APEG、丙烯酸、过硫酸铵和水；

（2）将丙烯酸和过硫酸铵分别加水配制成浓度为20%-60%的丙烯酸水溶液和过硫酸铵水溶液；

（3）将分子量为1200的APEG、分子量为2250的APEG、分子量为3200的APEG按比例混合，加水配制成浓度为20%-60%的APEG水溶液；

（4）向反应釜内加入步骤（3）所得的APEG水溶液，通入保护气体氮气，插上冷凝管，升温至50-90℃；同时滴加步骤（2）所得的丙烯酸水溶液和过硫酸铵水溶液，并控制滴加速度，使得丙烯酸水溶液的滴加时间为1-3小时，过硫酸铵水溶液的滴加时间为1.5-3.5小时，待过硫酸铵水溶液滴加完毕后，恒温反应2-6小时；

（5）待反应物冷却后，用氢氧化钠溶液中和并混合均匀，即得所需产物。

2.一种如权利要求1所述的与水泥适应性强、保坍性好的聚羧酸系减水剂的合成方法，其特征在于具体步骤如下：

（1）按质量比称取分子量为1200的APEG、分子量为2250的APEG、分子量为3200的APEG、丙烯酸、过硫酸铵和水；

（2）将丙烯酸和过硫酸铵分别加水配制成浓度为20%-60%的丙烯酸水溶液和过硫酸铵水溶液；

（3）将分子量为1200的APEG、分子量为2250的APEG、分子量为3200的APEG按比例混合，加水配制成浓度为20%-60%的APEG水溶液；

（4）向反应釜内加入步骤（3）所得的APEG水溶液，通入保护气体氮气，插上冷凝管，升温至50-90℃；同时滴加步骤（2）所得的丙烯酸水溶液和过硫酸铵水溶液，并控制滴加速度，使得丙烯酸水溶液的滴加时间为1-3小时，过硫酸铵水溶液的滴加时间为1.5-3.5小时，待过硫酸铵水溶液滴加完毕后，恒温反应2-6小时；

（5）待反应物冷却后，用氢氧化钠溶液中和并混合均匀，即得所需产物。