CN103980431A - 一种两性型聚羧酸减水剂及其合成 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种两性型聚羧酸减水剂及其制备方法，目的是提供一种工艺简单、产品具有很好的共聚活性和减水性的两性型聚羧酸减水剂及其合成方法。两性型聚羧酸减水剂按照如下步骤制备：将异戊烯醇聚乙二醇单甲醚、去离子水加入反应釜中，将温度升至60±5℃；将链引发剂加入升温后的溶液中，同时滴加丙烯酸、烯丙基三甲基溴化铵、以及链转移剂，加完后升温至70-90℃，恒温反应2-6h；冷却至室温，用碱液调节溶液至中性，即得产品。本发明制备的减水剂在胶凝材料上的饱和吸附量大，从而提高减水剂的减水分散能力，能够应用于超高强混凝土，测试显示使用本发明制备的减水剂可以使得砂浆减水率达到35%。
Description
技术领域
本发明涉及一种减水剂及其制备方法，具体涉及一种两性型聚羧酸减水剂及其制备方法。
背景技术
近年来，随着国内高速铁路、城市地铁、民航机场、水电工程等基础建设的推进以及中同精细化工产业的振兴与升级，聚羧酸类减水剂行业也迅速壮大起来，根据其合成所需大单体的种类划分主要包括聚酯类和聚醚类两种聚羧酸减水剂。传统的聚羧酸减水剂属于阴离子型减水剂，研究表明两性型减水剂能够提高其在混凝土胶凝材料表面的饱和吸附量，从而提高其在混凝土中的分散减水能力；同时，还能降低其对混凝土体系中无机盐离子的敏感性，保持其伸展构想，更有利于通过空间位阻效应起到分散作用。因此，设计合成出新型的两性聚羧酸减水剂分子成为了提高减水剂性能的一种趋势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺简单、产品具有很好的共聚活性和减水性的两性型聚羧酸减水剂及其合成方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种两性型聚羧酸减水剂按照如下步骤制备：
a.溶解：将40-60重量份的异戊烯醇聚乙二醇单甲醚、80-100重量份的去离子水加入反应釜中，将温度升至60±5℃；
b.合成：将链引发剂加入升温后的溶液中，同时滴加3-10重量份的丙烯酸、1.5-6重量份的烯丙基三甲基溴化铵、以及链转移剂，加完后升温至70-90℃，恒温反应2-6h；
c.后处理：反应后的产物冷却至室温，用碱液调节溶液至中性，即得产品。
链转移剂这里可以是所有适合于阳离子聚合反应的链转移剂，如醚、醇、酸、酯、醌类链转移剂。
进一步优选的，所述步骤a中的异戊烯醇聚乙二醇单甲醚为48重量份，加入反应釜的去离子水为90重量份；所述步骤b中的丙烯酸为4.32-8.64重量份，烯丙基三甲基溴化铵为2.08-4.15重量份。
进一步的，所述步骤b中丙烯酸和烯丙基三甲基溴化铵在1-3h内滴加到反应釜中，链转移剂在1.5-3.5h内滴加到反应釜中。
进一步的，所述步骤b中的丙烯酸先溶于15-40重量份的去离子水中，然后再加入到反应釜中，所述的烯丙基三甲基溴化铵先溶于20-40重量份的去离子水中，然后再加入到反应釜中。
进一步的，所述步骤b中的链转移剂为甲基丙烯磺酸。
进一步的，所述步骤b中的引发剂为过硫酸铵。
进一步优选的，所述步骤b中的甲基丙烯磺酸加入量为0.25-1.0重量份，且先将其溶于15-30份去离子水中后再加入到反应釜中。
进一步的，所述步骤c中的碱液为质量分数为25-35%的氢氧化钠或者氢氧化钾的水溶液。
进一步的，所述的烯丙基三甲基溴化铵按如下方法制备:
a.制备三甲胺：将9-10重量份的三甲胺盐酸盐、100-150重量份的乙醇加入反应釜中，冰水浴恒温于5℃，再加入7-9份的乙醇钠，于5-10℃温度下反应3-4h，抽滤得三甲胺乙醇溶液；
b.合成：将过滤得到的三甲胺乙醇溶液加入反应釜中，冰水浴恒温在5±2℃，再加入30-60重量份的烯丙基溴，于20-25℃温度下反应60-75h；
c.后处理：将反应后的溶液蒸发浓缩为原体积的0.4-0.6倍后，搅拌下加入甲基叔丁基醚或者乙醚，抽滤得滤饼，滤饼用甲基叔丁基洗涤后，干燥得烯丙基三甲基溴化铵按。
进一步的，所述的烯丙基三甲基溴化铵后处理步骤中所述的甲基叔丁基醚或者乙醚的总用量为所述制备三甲胺步骤中的乙醇用量的1.2-2倍。
上述技术方案中各组分的用量是参与反应的最佳原料比例，但是本领域技术人员可以根据本发明的教导进行等同的变化。例如：因为工业生产本身的误差导致的参数变化与本发明的技术方案等同，在本发明配方基础上复配其它助剂也与本发明的技术方案等同。
本发明制备的减水剂在胶凝材料上的饱和吸附量大，从而提高减水剂的减水分散能力，能够应用于超高强混凝土，测试显示使用本发明制备的减水剂可以使得砂浆减水率达到35%。
具体实施方式
为使本领域技术人员更加清楚和明确本发明的技术方案，特提供下面优选的实施例，但本发明的技术构思并不限于以下实施例。
实施例一
烯丙基三甲基溴化铵的制备：
于500mL三口烧瓶中加入三甲胺盐酸盐9.6g，乙醇150mL，冰水浴控温在5℃，分批加入乙醇钠7.2g，于5℃下反应3h，抽滤掉氯化钠，得到三甲胺的乙醇溶液。将合成好的三甲胺的乙醇溶液加入500mL的三口烧瓶中，冰水浴控温在5℃，向三口烧瓶中一次性加入烯丙基溴36.3g，于20℃条件下下反应60h，反应毕，将溶剂在旋蒸仪上蒸发浓缩至原体积的0.4倍，搅拌下向瓶中加入150mL的甲基叔丁基醚，抽滤出产品，接着用50mL甲基叔丁基洗涤产品，取出产品放到干燥器里待下一步合成使用。
两性型聚羧酸减水剂的合成：
将48g异戊烯醇聚乙二醇单甲醚和90g去离子水加入500ml的三口烧瓶中，加热并开动搅拌器升温至60℃，同时将1g甲基丙烯磺酸链转移剂和4.32g丙烯酸及4.15g烯丙基三甲基溴化铵分别溶于24g和30g的去离子水中；再将过硫酸铵引发剂加入10g去离子水中溶解，待温度升至60℃时将过硫酸铵水溶液的一次性加入三口烧瓶中，同时滴加反应物溶液和链转移剂溶液，用恒流泵控制反应物单体溶液滴加1h，链转移剂溶液滴加1.5h，滴加完升温至90℃，保温反应6h，自然冷却至室温，用质量分数为30%的氢氧化钠水溶液调节pH值至7，得到的液体产物即为两性型聚羧酸减水剂。
实施例二
烯丙基三甲基溴化铵的制备：
于500mL三口烧瓶中加入三甲胺盐酸盐9.6g，乙醇150mL，冰水浴控温在5℃，分批加入乙醇钠7.5g，于5℃下反应3h，抽滤掉氯化钠，得到三甲胺的乙醇溶液。将合成好的三甲胺的乙醇溶液加入500mL的三口烧瓶中，冰水浴控温在5℃，向三口烧瓶中一次性加入烯丙基溴45.4g，于20℃条件下下反应70h，反应毕，将溶剂在旋蒸仪上浓缩掉一半，搅拌下向瓶中加入150mL的乙醚，抽滤出产品，接着用50mL甲基叔丁基洗涤产品，取出产品放到干燥器里待下一步合成使用。
两性型聚羧酸减水剂的合成：
将48g异戊烯醇聚乙二醇单甲醚和90g去离子水加入500ml的三口烧瓶中，加热并开动搅拌器升温至60℃，同时将0.5g甲基丙烯磺酸链转移剂和4.32g丙烯酸及2.08g烯丙基三甲基溴化铵分别溶于24g和30g的去离子水中；再将过硫酸铵引发剂加入10g去离子水中溶解，待温度升至60℃时将过硫酸铵水溶液的一次性加入三口烧瓶中，同时滴加反应物溶液和链转移剂溶液，用恒流泵控制反应物单体溶液滴加1h，链转移剂溶液滴加1.5h，滴加完升温至90℃，保温反应2h，自然冷却至室温，用质量分数为30%的氢氧化钾水溶液调节pH值至7，得到的液体产物即为两性型聚羧酸减水剂。
实施例三
烯丙基三甲基溴化铵的制备：
于500mL三口烧瓶中加入三甲胺盐酸盐9.6g，乙醇150mL，冰水浴控温在5℃，分批加入乙醇钠8.2g，于5℃下反应3h，抽滤掉氯化钠，得到三甲胺的乙醇溶液。将合成好的三甲胺的乙醇溶液加入500mL的三口烧瓶中，冰水浴控温在5℃，向三口烧瓶中一次性加入烯丙基溴54.4g，于25℃条件下下反应75h，反应毕，将溶剂在旋蒸仪上浓缩掉一半，搅拌下向瓶中加入150mL的甲基叔丁基醚或者乙醚，抽滤出产品，接着用50mL甲基叔丁基洗涤产品，取出产品放到干燥器里待下一步合成使用。
两性型聚羧酸减水剂的合成：
将48g异戊烯醇聚乙二醇单甲醚和90g去离子水加入500ml的三口烧瓶中，加热并开动搅拌器升温至60℃，同时将0.25g甲基丙烯磺酸链转移剂和8.64g丙烯酸及4.15g烯丙基三甲基溴化铵分别溶于24g和30g的去离子水中；再将过硫酸铵引发剂加入10g去离子水中溶解，待温度升至60℃时将过硫酸铵水溶液的一次性加入三口烧瓶中，同时滴加反应物溶液和链转移剂溶液，用恒流泵控制反应物单体溶液滴加3h，链转移剂溶液滴加3.5h，滴加完升温至80℃，保温反应4h，自然冷却至室温，用质量分数为35%的氢氧化钠水溶液调节pH值至7，得到的液体产物即为两性型聚羧酸减水剂。
实施例四
烯丙基三甲基溴化铵的制备：
于500mL三口烧瓶中加入三甲胺盐酸盐9.6g，乙醇150mL，冰水浴控温在5℃，分批加入乙醇钠7.2g，于10℃下反应3h，抽滤掉氯化钠，得到三甲胺的乙醇溶液。将合成好的三甲胺的乙醇溶液加入500mL的三口烧瓶中，冰水浴控温在5℃，向三口烧瓶中一次性加入烯丙基溴45.4g，于25℃条件下下反应75h，反应毕，将溶剂在旋蒸仪上浓缩为原体积的0.6倍后，搅拌下向瓶中加入150mL的甲基叔丁基醚，抽滤出产品，接着用50mL甲基叔丁基洗涤产品，取出产品放到干燥器里待下一步合成使用。
两性型聚羧酸减水剂的合成：
将48g异戊烯醇聚乙二醇单甲醚和90g去离子水加入500ml的三口烧瓶中，加热并开动搅拌器升温至60℃，同时将0.5g甲基丙烯磺酸链转移剂和4.32g丙烯酸及4.15g烯丙基三甲基溴化铵分别溶于24g和30g的去离子水中；再将过硫酸铵引发剂加入10g去离子水中溶解，待温度升至60℃时将过硫酸铵水溶液的一次性加入三口烧瓶中，同时滴加反应物溶液和链转移剂溶液，用恒流泵控制反应物单体溶液滴加2h，链转移剂溶液滴加2.5h，滴加完升温至70℃，保温反应4h，自然冷却至室温，用浓度为25%的氢氧化钠水溶液调节pH值至7，得到的液体产物即为两性型聚羧酸减水剂。
实施例五
烯丙基三甲基溴化铵的制备：
于500mL三口烧瓶中加入三甲胺盐酸盐9.6g，乙醇150mL，冰水浴控温在5℃，分批加入乙醇钠7.5g，于10℃下反应3h，抽滤掉氯化钠，得到三甲胺的乙醇溶液。将合成好的三甲胺的乙醇溶液加入500mL的三口烧瓶中，冰水浴控温在5℃，向三口烧瓶中一次性加入烯丙基溴54.5g，于20℃条件下下反应60h，反应毕，将溶剂在旋蒸仪上浓缩掉一半，搅拌下向瓶中加入150mL的甲基叔丁基醚或者乙醚，抽滤出产品，接着用50mL甲基叔丁基洗涤产品，取出产品放到干燥器里待下一步合成使用。
两性型聚羧酸减水剂的合成：
将48g异戊烯醇聚乙二醇单甲醚和90g去离子水加入500ml的三口烧瓶中，加热并开动搅拌器升温至60℃，同时将1g甲基丙烯磺酸链转移剂和4.32份丙烯酸及2.08g烯丙基三甲基溴化铵分别溶于24g和30g的去离子水中；再将过硫酸铵引发剂加入10g去离子水中溶解，待温度升至60℃时将过硫酸铵水溶液的一次性加入三口烧瓶中，同时滴加反应物溶液和链转移剂溶液，用恒流泵控制反应物单体溶液滴加1h，链转移剂溶液滴加1.5h，滴加完升温至80℃，保温反应2h，自然冷却至室温，用质量分数为30%的氢氧化钠水溶液调节pH值至7，得到的液体产物即为两性型聚羧酸减水剂。
实施例六
烯丙基三甲基溴化铵的制备：
于500mL三口烧瓶中加入三甲胺盐酸盐9.6g，乙醇150mL，冰水浴控温在5℃，分批加入乙醇钠7.2g，于5℃下反应3h，抽滤掉氯化钠，得到三甲胺的乙醇溶液。将合成好的三甲胺的乙醇溶液加入500mL的三口烧瓶中，冰水浴控温在5℃，向三口烧瓶中一次性加入烯丙基溴36.3g，于20℃条件下下反应70h，反应毕，将溶剂在旋蒸仪上浓缩掉一半，搅拌下向瓶中加入150mL的乙醚，抽滤出产品，接着用50mL乙醚洗涤产品，取出产品放到干燥器里待下一步合成使用。
两性型聚羧酸减水剂的合成：
将48g异戊烯醇聚乙二醇单甲醚和90g去离子水加入500ml的三口烧瓶中，加热并开动搅拌器升温至60℃，同时将1g甲基丙烯磺酸链转移剂和8.64g丙烯酸及4.15g烯丙基三甲基溴化铵分别溶于24g和30g的去离子水中；再将过硫酸铵引发剂加入10g去离子水中溶解，待温度升至60℃时将过硫酸铵水溶液的一次性加入三口烧瓶中，同时滴加反应物溶液和链转移剂溶液，用恒流泵控制反应物单体溶液滴加2h，链转移剂溶液滴加2.5h，滴加完升温至90℃，保温反应2h，自然冷却至室温，用质量分数为30%的氢氧化钾水溶液调节pH值至7，得到的液体产物即为两性型聚羧酸减水剂。
按照GB8076-2008《混凝土外加剂》进行试验，实施例一至六制备的减水剂产品折固掺量为0.12%时，混凝土的减水率均能达到34%以上，也就是说与未加入阳离子单体的减水剂相比，0.12%的相同折固掺量条件下，净浆流动度能高出30mm。
Claims (10)
1.一种两性型聚羧酸减水剂，其特征在于：按照如下步骤制备：
a.溶解：将40-60重量份的异戊烯醇聚乙二醇单甲醚、80-100重量份的去离子水加入反应釜中，将温度升至60±5℃；
b.合成：将链引发剂加入升温后的溶液中，同时滴加3-10重量份的丙烯酸、1.5-6重量份的烯丙基三甲基溴化铵、以及链转移剂，加完后升温至70-90℃，恒温反应2-6h；
c.后处理：反应后的产物冷却至室温，用碱液调节溶液至中性，即得产品。
2.根据权利要求1所述的两性型聚羧酸减水剂的制备方法，其特征在于：所述步骤a中的异戊烯醇聚乙二醇单甲醚为48重量份，加入反应釜的去离子水为90重量份；所述步骤b中的丙烯酸为4.32-8.64重量份，烯丙基三甲基溴化铵为2.08-4.15重量份。
3.根据权利要求1所述的两性型聚羧酸减水剂的制备方法，其特征在于：所述步骤b中丙烯酸和烯丙基三甲基溴化铵在1-3h内滴加到反应釜中，链转移剂在1.5-3.5h内滴加到反应釜中。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的两性型聚羧酸减水剂的制备方法，其特征在于：所述步骤b中的丙烯酸先溶于15-40重量份的去离子水中，然后再加入到反应釜中，所述的烯丙基三甲基溴化铵先溶于20-40重量份的去离子水中，然后再加入到反应釜中。
5.根据权利要求1至3中任意一项所述的两性型聚羧酸减水剂的制备方法，其特征在于：所述步骤b中的链转移剂为甲基丙烯磺酸。
6.根据权利要求1至3中任意一项所述的两性型聚羧酸减水剂的制备方法，其特征在于：所述步骤b中的引发剂为过硫酸铵。
7.根据权利要求5所述的两性型聚羧酸减水剂的制备方法，其特征在于：所述步骤b中的甲基丙烯磺酸加入量为0.25-1.0重量份，且先将其溶于15-30份去离子水中后再加入到反应釜中。
8.根据权利要求1至3中任意一项所述的两性型聚羧酸减水剂的制备方法，其特征在于：所述步骤c中的碱液为质量分数为25-35%的氢氧化钠或者氢氧化钾的水溶液。
9.根据权利要求1至3中任意一项所述的两性型聚羧酸减水剂的制备方法，其特征在于：所述的烯丙基三甲基溴化铵按如下方法制备:
a.制备三甲胺：将9-10重量份的三甲胺盐酸盐、100-150重量份的乙醇加入反应釜中，冰水浴恒温于5℃，再加入7-9份的乙醇钠，于5-10℃温度下反应3-4h，抽滤得三甲胺乙醇溶液；
b.合成：将过滤得到的三甲胺乙醇溶液加入反应釜中，冰水浴恒温在5±2℃，再加入30-60重量份的烯丙基溴，于20-25℃温度下反应60-75h；
c.后处理：将反应后的溶液蒸发浓缩为原体积的0.4-0.6倍后，搅拌下加入甲基叔丁基醚或者乙醚，抽滤得滤饼，滤饼用甲基叔丁基洗涤后，干燥得烯丙基三甲基溴化铵按。
10.根据权利要求9所述的两性型聚羧酸减水剂的制备方法，其特征在于：所述的烯丙基三甲基溴化铵后处理步骤中所述的甲基叔丁基醚或者乙醚的总用量为所述制备三甲胺步骤中的乙醇用量的1.2-2倍。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20140813 |