CN103979825B - 一种混凝土减水剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种混凝土减水剂分子式如下所示：
Description
技术领域
本发明涉及一种减水剂的制备方法，涉及一种混凝土减水剂及其制备方法。
技术背景
混凝土掺入减水剂后，由于减水剂对水泥颗粒有充分的分散作用，从而提高混凝土的流动性，增强了它的和易性；在保持原有和易性的情况下，可以减少用水量，提高混凝土的强度。由于减水剂的应用，它的减水作用可以大大降低混凝土的水灰比，从而提高混凝土的强度。这样，就可以配制出更高强度等级的混凝土，在同等级的情况下，可以减少水泥用量，从而降低成本，提高经济效益。
国内市场上聚羧酸系减水剂大多以烯丙基醇烷氧基化物为原料，从单体结构分析，烯丙基醇烷氧基化物以聚氧乙烯/聚氧丙烯的共聚基团作为亲水基团，与甲基丙烯酸共聚形成带羧基的梳形分子，从而具有减水作用。亲水基团既需要具有亲水性，又需达到一定的分子量，而烯丙基聚甘油不仅分子量大、结构中具有多个羟基，同样可以作为亲水基团，与烯丙基醇烷氧基化物、甲基丙烯酸进行共聚。使用烯丙基聚甘油为单体可以降低原料成本，改善减水剂保坍性能。目前使用烯丙基聚甘油为单体制备减水剂未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种原料成本低，采用烯丙基聚甘油、烯丙基醇烷氧基化物与甲基丙烯酸进行共聚制备混凝土减水剂及其制备方法。
本发明的反应方程式如下所示：
式中：4<n<50；0≤x≤30；0≤y≤30，其中x，y不能同时为零。
本发明提供的混凝土减水剂，其分子式如下所示：
式中：4<n<50；0≤x≤30；0≤y≤30，其中x，y不能同时为零。
本发明制备方法包括以下步骤：
(1)将聚甘油与固体氢氧化钠加入反应釜，两者质量比为1:0.01-0.1，加料同时开启搅拌，投料后对反应釜进行封闭，氮气置换反应釜中的空气，置换完成后启动真空系统，保持反应釜真空度为0.085-0.1MPa，在此过程中持继搅拌物料，反应釜升温至70-200℃，反应时间2-3小时，反应结束后冷却系统至室温，关闭真空系统；向上述系统中加入烯丙基氯，聚甘油与烯丙基氯的摩尔比为1:1-1.5，加料过程持续搅拌物料，此步骤反应温度：30-100℃；反应时间2-5小时；反应结束后开启真空系统除去产物中剩余的烯丙基氯，得到产品烯丙基聚甘油；
(2)在反应器中加入水、烯丙基聚甘油、烯丙基醇烷氧基化物及氧化剂，搅拌加热至反应温度为40℃-70℃，水与聚合单体质量比为1:0.1-1，聚合单体由烯丙基聚甘油及烯丙基醇烷氧基化物组成，氧化剂用量为聚合单体的0.1-5wt％；烯丙基聚甘油与烯丙基醇烷氧基化物的质量比为1:0.01-100；
(3)将甲基丙烯酸和还原剂的混合水溶液滴加入步骤(2)的样品中，甲基丙烯酸与水的质量比为1:0.1-1，还原剂用量为甲基丙烯酸的0.1-5wt％，滴加时间为2-3小时；经过2-3小时滴加反应结束后保温1小时降至室温，加入碱溶液调节pH值至中性，得到所述聚羧酸减水剂。
如上所述的氧化剂包括过硫酸盐或过氧化氢中的一种，还原剂包括亚硫酸氢钠或焦亚硫酸钠中的一种。
如上所述的碱溶液包括氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠或碳酸钾中的一种，其浓度在5－50wt％之间。
本发明与现有技术相比具有以下的优点:
1、本发明的制备工艺简单，反应条件温和，工艺过程易于控制。
2、原料聚甘油的价格低廉，降低减水剂的成本。
3、产品同时具有减水和缓凝作用，可以作为一种缓凝高效减水剂进行应用。
具体实施方式
实施例1：
将聚甘油(n＝4M＝314)400克与固体氢氧化钠40克加入1000ml不锈钢高压反应釜，加料同时开启搅拌，投料后对反应釜进行封闭，氮气置换反应釜中的空气，置换完成后启动真空系统，保持反应釜真空度为0.085MPa，在此过程中持继搅拌物料，反应釜升温至200℃，反应时间3小时，反应结束后冷却系统至室温，关闭真空系统；向上述系统中加入烯丙基氯96克，加料过程持续搅拌物料，此步骤反应温度：100℃；反应时间5小时；反应结束后开启真空系统除去产物中剩余的烯丙基氯，得到产品烯丙基聚甘油。
向1000ml四口瓶中加入水250克、上述烯丙基聚甘油2.5克、烯丙基聚乙二醇(x＝30)250克及氧化剂过硫酸钠0.025克，搅拌加热至40℃，滴加加入9wt％甲基丙烯酸水溶液90克，其中含有还原剂亚硫酸氢钠0.01克，滴加时间为3小时；反应结束后保温1小时降至室温，加入5wt％氢氧化钠溶液调节pH值至中性，得到所述聚羧酸减水剂。
实施例2：
将聚甘油(n＝50M＝3718)400克与固体氢氧化钠4克加入1000ml不锈钢高压反应釜，加料同时开启搅拌，投料后对反应釜进行封闭，氮气置换反应釜中的空气，置换完成后启动真空系统，保持反应釜真空度为0.1MPa，在此过程中持继搅拌物料，反应釜升温至70℃，反应时间2小时，反应结束后冷却系统至室温，关闭真空系统；向上述系统中加入烯丙基氯12.8克，加料过程持续搅拌物料，此步骤反应温度：30℃；反应时间2小时；反应结束后开启真空系统除去产物中剩余的烯丙基氯，得到产品烯丙基聚甘油。
向1000ml四口瓶中加入水200克、上述烯丙基聚甘油200克、烯丙基丙氧基化物(n＝30)2克、氧化剂过硫酸钾10克，搅拌加热至70℃，滴加加入50wt％甲基丙烯酸水溶液232克，其中含有还原剂亚硫酸氢钠5.6克，滴加时间为2.5小时；反应结束后保温1小时降至室温，加入25wt％碳酸钠溶液调节pH值至中性，得到所述聚羧酸减水剂。
实施例3：
将聚甘油(n＝25M＝1868)400克与固体氢氧化钠12克加入1000ml不锈钢高压反应釜，加料同时开启搅拌，投料后对反应釜进行封闭，氮气置换反应釜中的空气，置换完成后启动真空系统，保持反应釜真空度为0.1MPa，在此过程中持继搅拌物料，反应釜升温至150℃，反应时间2.5小时，反应结束后冷却系统至室温，关闭真空系统；向上述系统中加入烯丙基氯20克，加料过程持续搅拌物料，此步骤反应温度：50℃；反应时间4小时；反应结束后开启真空系统除去产物中剩余的烯丙基氯，得到产品烯丙基聚甘油。
向1000ml四口瓶中加入水250克、上述烯丙基聚甘油100克、烯丙基嵌段共聚物(30EO-20PO)100克及氧化剂过氧化氢2克，搅拌加热至55℃，滴加加入25wt％甲基丙烯酸水溶液88克，其中含有还原剂焦亚硫酸钠0.2克，滴加时间为2小时；反应结束后保温1小时降至室温，加入50wt％氢氧化钾溶液调节pH值至中性，得到所述聚羧酸减水剂。
实施例4：
将聚甘油(n＝10M＝758)400克与固体氢氧化钠28克加入1000ml不锈钢高压反应釜，加料同时开启搅拌，投料后对反应釜进行封闭，氮气置换反应釜中的空气，置换完成后启动真空系统，保持反应釜真空度为0.09MPa，在此过程中持继搅拌物料，反应釜升温至120℃，反应时间3小时，反应结束后冷却系统至室温，关闭真空系统；向上述系统中加入烯丙基氯56克，加料过程持续搅拌物料，此步骤反应温度：75℃；反应时间3小时；反应结束后开启真空系统除去产物中剩余的烯丙基氯，得到产品烯丙基聚甘油。
向1000ml四口瓶中加入水300克、上述烯丙基聚甘油160克、烯丙基聚乙二醇(10EO)80克及氧化剂过氧化氢1克，搅拌加热至60℃，滴加加入20wt％甲基丙烯酸水溶液110克，其中含有还原剂焦亚硫酸钠0.1克，滴加时间为2小时；反应结束后保温1小时降至室温，加入20wt％碳酸钾溶液调节pH值至中性，得到所述聚羧酸减水剂。
上述实施例制备样品的性能检测结果如下表：
混凝土减水率和缓凝试验参照GB8076—1997《混凝土外加剂》进行，减水率和缓凝效果均高于国家标准。
Claims (5)
1.一种混凝土减水剂，其特征在于其分子式如下所示：
式中：4<n<50；0≤x≤30；0≤y≤30，其中x，y不能同时为零。
2.如权利要求1所述的一种混凝土减水剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将聚甘油与固体氢氧化钠加入反应釜，两者质量比为1:0.01-0.1，加料同时开启搅拌，投料后对反应釜进行封闭，氮气置换反应釜中的空气，置换完成后启动真空系统，保持反应釜真空度为0.085-0.1MPa，在此过程中持继搅拌物料，反应釜升温至70-200℃，反应时间2-3小时，反应结束后冷却系统至室温，关闭真空系统；向上述系统中加入烯丙基氯，聚甘油与烯丙基氯的摩尔比为1:1-1.5，加料过程持续搅拌物料，此步骤反应温度：30-100℃；反应时间2-5小时；反应结束后开启真空系统除去产物中剩余的烯丙基氯，得到产品烯丙基聚甘油；
(2)在反应器中加入水、烯丙基聚甘油、烯丙基醇烷氧基化物及氧化剂，搅拌加热至反应温度为40℃-70℃，水与聚合单体质量比为1:0.1-1，聚合单体由烯丙基聚甘油及烯丙基醇烷氧基化物组成，氧化剂用量为聚合单体的0.1-5wt％；烯丙基聚甘油与烯丙基醇烷氧基化物的质量比为1:0.01-100；
(3)将甲基丙烯酸和还原剂的混合水溶液滴加入步骤(2)的样品中，其中甲基丙烯酸的浓度为9wt％、20wt％、25wt％或50wt％，还原剂用量为甲基丙烯酸的0.1-5wt％，滴加时间为2-3小时；经过2-3小时滴加反应结束后保温1小时降至室温，加入碱溶液调节pH值至中性，得到所述聚羧酸减水剂。
3.如权利要求2所述的一种混凝土减水剂的制备方法，其特征在于所述的氧化剂包括过硫酸盐或过氧化氢中的一种。
4.如权利要求2所述的一种混凝土减水剂的制备方法，其特征在于还原剂包括亚硫酸氢钠或焦亚硫酸钠中的一种。
5.如权利要求2所述的一种混凝土减水剂的制备方法，其特征在于所述的碱溶液包括氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠或碳酸钾中的一种，其浓度在5－50wt％之间。
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