CN103980433A - 羧酸乙烯基共聚物混凝土增稠剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到一种羧酸乙烯基共聚物混凝土增稠剂及其制备方法，包括有以下步骤：将聚醚大单体、马来酸双甲酯、丙烯酸羟乙酯和苯乙烯搅拌溶解，得到均匀溶液，再加入氧化剂，搅拌得到均匀溶液；所得均匀溶液中，一次性加入还原剂及链转移剂混合物，并继续搅拌3.0h，调节pH为中性，加入去离子水，得到羧酸乙烯基聚合物混凝土增稠剂。本发明与同类产品和工艺相比，具有以下主要的优点：1.能够显著改善混凝土和易性，提高其包裹性，增加可泵性；2.实现增稠剂性能的可调性；3.本发明制备工艺为一步法及一次性投料，无滴加过程，无需加热，反应周期短，可作为辅助材料广泛应用各种混凝土。

Description

羧酸乙烯基共聚物混凝土增稠剂及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体涉及到一种羧酸乙烯基共聚物混凝土增稠剂及其制备方法。

背景技术

2013年中国水泥产量约24.1亿吨，浇筑混凝土约60亿立方，在建的基础设施规模和数量居世界之首。巨大的物料消耗导致区域地材(沙、石)严重匮乏，劣质资源的资源化利用成为缓解这一问题的主要途径。然而，劣质资源的大量利用带来了混凝土工作性的一系列问题，如混凝土和易性不良，甚至出现离析、泌水等现象，严重影响工程质量。从原理上分析，浆体粘度不够是引起其和易性、包裹性不好的本质原因；虽然增大减水剂掺量可以增加其流动性，但降低粘度不够时，容易出现离析泌水等现象。

针对混凝土坍落度和易性(包裹性)的问题，常规的解决办法有以下几种：

(1)复配缓凝剂，如白糖、麦芽糊精等增稠型缓凝剂；

(2)复配离子型或非离子型增稠剂，如纤维素醚、聚丙烯酸胺、水溶性胶等；

(3)调整减水剂分子量；

(4)加入引气剂，提高体系保水性。

虽然上述三种方法某种程度上可以解决浆体粘度的问题，但都存在一些问题，如缓凝剂白糖加入过多，容易引起混凝土凝结时间异常；纤维素醚量增加不合适，容易造成浆体粘度多大，流动性差；调整母体分子量，可能会导致减水剂的其他功能下降；加入引气剂可能会造成强度降低等问题。另外，当砂石级配不好，特别适用机制砂时，拌制的混凝土和易性差，泵送过程中容易出现离析、泌水(浆)等现象，影响工程质量，上述方案很难解决实际工程问题。

增稠剂是一种助剂，广泛应用于涂料、印刷、化学建材等方面。专利02149677.3公开了一种丙烯酸酯类增稠剂的制备方法，反应温度31.2～150℃，反应压力7.5～150MPa，但并未用于水泥混凝土领域。200410038992.3公开了一种含增稠剂饮料的制造方法，主要应用于饮料行业。200610100818.6公开了一种聚氨酯增稠剂的制备方法，将筛选的聚乙二醇投入四口烧瓶中进行真空减压脱水处理，待脱水合格后通氮气进行驱氧处理，加入催化剂充分搅匀，于合适的温度下滴加二异氰酸酯的惰性溶液，通过高分子自由基溶液聚合反应生成聚氨酯预聚体，预聚体反应后加入扩链剂进行扩链聚合，然后再加入封端剂进行疏水改性，待聚合反应完全，游离异氰酸酯含量低于指标范围，将惰性溶剂减压脱溶处理完毕即得增稠剂。通过此发明方法制备的疏水改性聚氨酯缔合型增稠剂与国外类似产品使用在苯丙乳胶漆中时，高、中、低剪增稠性能、流变、光泽、相容性、展色性、色差与热贮稳定性能等方面具有相当的应用功能。

虽然增稠剂应用较多，但水泥混凝土领域的增稠极为缺乏。而现代混凝土的高工作性急需性能优越，适应性广泛的增稠剂，以满足现代工程的需要。

总而言之，目前还没有一种适应性广泛、兼容性强、工艺简单、性能优异的增稠剂，用于提升混凝土和易性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提供一种可有效提高混凝土稠度而不降低其流动性的羧酸乙烯基聚合物混凝土增稠剂及其制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：羧酸乙烯基聚合物混凝土增稠剂，其为下述组分经混合而成，所述的组分及其组分含量为：

聚醚大单体80～90wt％、马来酸双甲酯2～8wt％、丙烯酸羟乙酯2～8wt％、苯乙烯2～8wt％、氧化剂1.0～2.0wt％、还原剂0.5～1.0wt％、链转移剂0.3～0.5wt％。

按上述方案，羧酸乙烯基聚合物混凝土增稠剂的重均分子量为100000-140000。

按上述方案，所述氧化剂是双氧水、高锰酸钾两种混合而成，摩尔比为4：1。

按上述方案，所述还原剂是亚硫酸钠、L-抗坏血酸两种混合而成，摩尔比为1：4。

按上述方案，所述链转移剂为巯基乙酸、巯基乙醇两种混合而成，摩尔比为1：1。

所述的羧酸乙烯基聚合物混凝土增稠剂的制备方法，包括有以下步骤：

1)原材料选取：按80～90wt％的聚醚大单体、2～8wt％马来酸双甲酯、2～8wt％丙烯酸羟乙酯、2～8wt％苯乙烯、1.0～2.0wt％的氧化剂、0.5～1.0wt％的还原剂和0.3～0.5wt％的链转移剂取料；

2)将聚醚大单体、马来酸双甲酯、丙烯酸羟乙酯和苯乙烯搅拌溶解，得到均匀溶液，再加入氧化剂，搅拌得到均匀溶液；

3)向步聚2)所得均匀溶液中，一次性加入还原剂及链转移剂混合物，并继续搅拌3.0h，调节pH为中性，加入去离子水，得到羧酸乙烯基聚合物混凝土增稠剂。

混凝土稠度与水泥浆体粘度密切相关，本发明所制备的羧酸乙烯基共聚物混凝土增稠剂重均分子量为100000-140000，其侧链结构中含有酯基、苯环、聚氧化乙烯基。其中高分子主链可提高体系液相粘度；侧链结构中的酯基可在水泥水化的碱性环境下释放出小分子醇类，可有效降低表面张力，从而减小颗粒与颗粒之间的运动阻力，具有较好的润滑作用；酯基分解会生成羧基，吸附与水泥颗粒表面，增加颗粒与颗粒之间粘接力；结构中的苯环、聚氧化乙烯基较强的位阻作用，可以增加颗粒与颗粒之间的距离，有利于水分子进入颗粒空隙，避免颗粒团聚从而减小摩擦阻力；聚氧化乙烯基具有较强的亲水性，可吸附大量的水分子，增强体系的保水能力。

本发明的技术原理：本发明制备的增稠剂高分子主链吸附于水泥颗粒表面，颗粒与颗粒间存在部分高分子链相互连接，从而提高浆体粘度，同时侧链具有较强的亲水作用，一方面润滑颗粒表面，提供其流动性，另一方面与水分子形成氢键，具有较好的保水性，能显著改善新拌混凝土的和易性，提高其泵送性能。

本发明与同类产品和工艺相比，具有以下主要的优点：

1.本发明的聚羧酸增稠剂与减水剂复掺用于水泥混凝土中，能够显著改善混凝土和易性，提高其包裹性，增加可泵性；

2.本发明根据分子设计理论，调整主链分子结构量及侧链结构，实现增稠剂性能的可调性；

3.本发明制备工艺为一步法及一次性投料，无滴加过程，无需加热，反应周期短，可作为辅助材料广泛应用各种混凝土。

具体实施方式

为更进一步说明本发明的内容，特别例举以下实施例对本发明做进一步的详细描述。实施例以说明的方式给出，但绝不仅仅局限于本发明的内容。本发明的保护范围以权利要求说明书为准。

实施例1-10

配比如表1所示，具体实施过程如下：

1)将上述聚醚大单体、马来酸双甲酯、丙烯酸羟乙酯、苯乙烯搅拌溶解，得到均匀溶液，再加入氧化剂，搅拌得到均匀溶液。

2)在所得到均匀溶液中，一次性加入还原剂及链转移剂混合物，并继续搅拌3.0h，调节pH为中性，加入适当去离子水，得到该共聚物增稠剂。

所用氧化剂是双氧水、高锰酸钾两种混合而成，摩尔比为4：1；

所用还原剂是亚硫酸钠、L-抗坏血酸两种种混合而成，摩尔比为1：4；

所用的链转移剂为巯基乙酸、巯基乙醇的混合物，摩尔比为1：1；

表1实施例材料配比

表2所得各实施例增稠剂重均分子量

对以上10个实施例的产品的评价：

水泥净浆实验按照GB/T8076-2008《混凝土外加剂匀质性试验方法》规定进行，称取水泥300g，加入87g水；利用旋转粘度计测量净浆粘度；采用截锥圆模测定水泥浆体初始、1h流动度数值，同时记录扩展度达到250mm所需要的时间，实验结果如表3。从表中可以出，从相对粘度比及扩展度250mm时需要的时间来看，合成的增稠剂加入0.1g可显著改善浆体粘度。

表3增稠剂性能检测评价

注：实验中所用水泥为华新P.O42.5，该增稠剂为10％浓度(质量百分数)。

混凝土试验结果如表4所示，共聚物增稠剂可显著改善混凝土和易性，而不降低1h流动性。

表4混凝土配合比

注：该增稠剂为10％浓度(质量百分数)。

Claims (10)

1.羧酸乙烯基聚合物混凝土增稠剂，其为下述组分经混合而成，所述的组分及其组分含量为：

聚醚大单体80～90wt％、马来酸双甲酯2～8wt％、丙烯酸羟乙酯2～8wt％、苯乙烯2～8wt％、氧化剂1.0～2.0wt％、还原剂0.5～1.0wt％、链转移剂0.3～0.5wt％。

2.根据权利要求1所述的羧酸乙烯基聚合物混凝土增稠剂，其特征在于羧酸乙烯基聚合物混凝土增稠剂的重均分子量为100000-140000。

3.根据权利要求1或2所述的羧酸乙烯基聚合物混凝土增稠剂，其特征在于：所述氧化剂是双氧水、高锰酸钾两种混合而成，摩尔比为4：1。

4.根据权利要求1或2所述的羧酸乙烯基聚合物混凝土增稠剂，其特征在于：所述还原剂是亚硫酸钠、L-抗坏血酸两种混合而成，摩尔比为1：4。

5.根据权利要求1或2所述的羧酸乙烯基聚合物混凝土增稠剂，其特征在于：所述链转移剂为巯基乙酸、巯基乙醇两种混合而成，摩尔比为1：1。

6.权利要求1所述的羧酸乙烯基聚合物混凝土增稠剂的制备方法，包括有以下步骤：

1)原材料选取：按80～90wt％的聚醚大单体、2～8wt％马来酸双甲酯、2～8wt％丙烯酸羟乙酯、2～8wt％苯乙烯、1.0～2.0wt％的氧化剂、0.5～1.0wt％的还原剂和0.3～0.5wt％的链转移剂取料；

2)将聚醚大单体、马来酸双甲酯、丙烯酸羟乙酯和苯乙烯搅拌溶解，得到均匀溶液，再加入氧化剂，搅拌得到均匀溶液；

3)向步聚2)所得均匀溶液中，一次性加入还原剂及链转移剂混合物，并继续搅拌3.0h，调节pH为中性，加入去离子水，得到羧酸乙烯基聚合物混凝土增稠剂。

7.根据权利要求6所述的羧酸乙烯基聚合物混凝土增稠剂的制备方法，其特征在于羧酸乙烯基聚合物混凝土增稠剂的重均分子量为100000-140000。

8.根据权利要求6所述的羧酸乙烯基聚合物混凝土增稠剂及制备方法，其特征在于：所述氧化剂是双氧水、高锰酸钾两种混合而成，摩尔比为4：1。

9.根据权利要求6所述的羧酸乙烯基聚合物混凝土增稠剂及制备方法，其特征在于：所述还原剂是亚硫酸钠、L-抗坏血酸两种混合而成，摩尔比为1：4。

10.根据权利要求6所述的羧酸乙烯基聚合物混凝土增稠剂及制备方法，其特征在于：所述链转移剂为巯基乙酸、巯基乙醇两种混合而成，摩尔比为1：1。