CN104725574A - 一种利用微波一步合成固体聚丙烯酸系减水剂的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用微波一步合成固体聚丙烯酸系减水剂的方法，该方法是将不饱和聚氧乙烯醚加入带搅拌装置的反应器中，在微波条件下，待不饱和聚氧乙烯醚融化后，依次向反应器中加入链转移剂、不饱和羧酸和引发剂，在温度20-70℃下搅拌10-30min后，停止反应，冷却至室温，即得固体聚丙烯酸系减水剂。本发明在固体聚丙烯酸系减水剂的制备过程中，使用带搅拌功能的微波设备，实现了在无水并且也无其他有机溶剂的条件下，使参与反应的各物料混合均一，反应完全，在特定的微波反应频率、反应功率和反应时间下，得到性能优异的含量近100％的固体聚丙烯酸系减水剂。

Description

一种利用微波一步合成固体聚丙烯酸系减水剂的方法

技术领域

本发明属于混凝土用聚羧酸减水剂技术领域，尤其涉及一种利用微波一步合成固体聚丙烯酸系减水剂的方法。

背景技术

聚丙烯酸系减水剂因其减水率高，保坍性优异等特性已成为混凝土的必要组分之一，但是目前的聚丙烯酸系减水剂通常是含量在10％至50％的水溶液，有效成分的含量低，这种水溶液形式的聚丙烯酸系减水剂一方面会大大提高运输成本，另一方面也限制了其在干粉砂浆的应用，缩小了聚丙烯酸系减水剂的应用范围。

专利CN1919772A报道了一种粉体聚羧酸减水剂的制备方法，该方法通过将聚羧酸减水剂溶液通过喷雾干燥获得聚羧酸减水剂粉剂，虽然调整了雾化器种类和工作参数、热风速率，加大塔壁半径等措施解决了半干料的粘壁问题，但干燥室进风温度在120-200℃，出风温度为50-110℃，干燥过程能耗高，且高温不可避免地会在一定程度上降低聚羧酸减水剂的性能。同时，这种粉体聚羧酸减水剂还需要首先将聚羧酸减水剂合成水溶液，再进行脱水干燥，工艺复杂。

专利CN102372458A报道了一种固体聚羧酸减水剂的制备方法，以芳香烃等有机溶剂为反应介质，反应结束后，通过碱中和，使聚羧酸减水剂在有机溶剂中沉淀后，进行离心分离，可得到固含在90％至98％的聚羧酸减水剂。该方法可以得到高固含的固体聚羧酸减水剂，但存在以下缺陷：一、反应过程中使用了有机溶剂，加重了环境负担；二、聚羧酸减水剂还要通过碱中和，离心分离等步骤才能获得固体产物，工艺复杂，不利于工业生产。

专利CN102993387报道了一种一步法直接合成固体聚羧酸高性能减水剂的方法，虽然该方法获得的聚羧酸减水剂固含可以达到100％，但是反应时间较长，需要1.5至8小时，所需能耗较大。

专利CN103497285A报道了一种采用微波辅助法制备聚羧酸减水剂的方法，但该方法首先仍需加入小单体等质量的水，获得的反应产物固含低于100％。其次，该专利中所用的聚醚为异戊烯醇聚氧乙烯醚、异丁烯醇聚氧乙烯醚和烯丙醇聚氧乙烯醚，目前市售的聚醚在常温下多为固体，在该专利的原料配比下，是难于将其混合成均匀的糊状的，将这种未均匀混合的糊状原料平铺在平底盘上，反应过程中也未加搅拌，会导致不同批次的反应重复性差，不利于工业生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用微波一步合成固体聚丙烯酸系减水剂的方法，该方法反应时间短，工艺简单，合成的聚丙烯酸系减水剂含量近100％。

本发明为解决上述技术问题所采用的方案为：

一种利用微波一步合成固体聚丙烯酸系减水剂的方法，该方法是将不饱和聚氧乙烯醚加入带搅拌装置的反应器中，在微波条件下，待不饱和聚氧乙烯醚融化后，依次向反应器中加入链转移剂、不饱和羧酸和引发剂，在温度20-70℃下搅拌10-30min后，停止反应，冷却至室温，即得固体聚丙烯酸系减水剂。

上述方案中，所述微波频率为915MHz或2450MHz，功率为0.1-1000kW。

上述方案中，所述不饱和聚氧乙烯醚和不饱和羧酸的物质的量比为1：1-1：15，引发剂为不饱和聚氧乙烯醚和不饱和羧酸总质量的0.1-15％，链转移剂为不饱和聚氧乙烯醚和不饱和羧酸总质量的0.05-15％。

上述方案中，所述不饱和聚氧乙烯醚为甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸甲酯、烯丙基聚氧乙烯醚、异丁烯聚氧乙烯醚或异戊烯聚氧乙烯醚中的一种或两种以上的混合。

上述方案中，所述引发剂为过氧化苯甲酰、甲乙酮过氧化物、过氧酯类引发剂，过二硫酸铵或高锰酸钾。

上述方案中，所述不饱和羧酸为丙烯酸或甲基丙烯酸。

上述方案中，所述链转移剂为甲基丙烯磺酸钠、巯基乙酸、巯基丙酸或异丙醇中的一种或两种以上的混合。

本发明在固体聚丙烯酸系减水剂的制备过程中，使用带搅拌功能的微波设备，实现了在无水并且也无其他有机溶剂的条件下，使参与反应的各物料混合均一，反应完全，在特定的微波反应频率、反应功率和反应时间下，得到性能优异的含量近100％的固体聚丙烯酸系减水剂。

本发明相比现有技术具有如下特点：

1.可直接合成固体聚羧酸减水剂，无需干燥，极大地简化了工艺，大大地降低了生产能耗，节省了生产、运输成本，并可将聚羧酸减水剂的应用扩展至干粉砂浆领域，有良好的市场前景。

2.合成过程中未采用任何溶剂，无三废产生，对环境不造成任何危害。

3.反应时间短，工艺参数易于控制，便于实现工业化生产。

具体实施方式

以下结合实施例进一步对本发明进行说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

首先将200g烯丙基聚氧乙烯醚(分子量为1200)加入到微波反应器中，在温度为35℃，微波频率为915MHz，微波辐射功率为100W作用下，待烯丙基聚氧乙烯醚呈液态后，在搅拌状态下，依次向微波反应器中加入5g甲基丙烯磺酸钠，23.5g丙烯酸，5.5g偶氮二异庚腈。加料完毕，在温度为70℃，微波辐射功率为100W作用下，共聚20min，停止反应，即得到234g纯固体的反应产物，最后加入351g水稀释得到浓度为40％的聚丙烯酸系减水剂。

实施例2

首先将200g甲基烯丙基聚氧乙烯醚(分子量为2400)加入到微波反应器中，在温度为35℃，微波辐射功率为100W作用下，待甲基烯丙基聚氧乙烯醚呈液态后，在搅拌状态下，依次向微波反应器中加入2.25g巯基丙酸，25g丙烯酸，3.5g过氧化二苯甲酰。加料完毕，在温度为70℃，微波频率为2450MHz，微波辐射功率为500W作用下，共聚20min，停止反应，即得到230.75g纯固体的反应产物，最后加入346.1g水稀释得到浓度为40％的聚聚丙烯酸系减水剂。

实施例3

首先将200g甲基烯丙基聚氧乙烯醚(分子量为2400)加入到微波反应器中，在温度为35℃，微波辐射功率为100W作用下，待甲基烯丙基聚氧乙烯醚呈液态后，在搅拌状态下，依次向微波反应器中加入2.25g巯基丙酸，25g丙烯酸，3.5g过氧化二苯甲酰。加料完毕，在温度为60℃，微波频率为2450MHz，微波辐射功率为1000W作用下，共聚20min，停止反应，即得到230.75g纯固体的反应产物，最后加入346.1g水稀释得到浓度为40％的聚丙烯酸系减水剂。

实施例4

首先将200g异戊烯基聚氧乙烯醚(分子量为2400)加入到微波反应器中，在温度为35℃，微波频率为915MHz，微波辐射功率为100W作用下，待异戊烯基聚氧乙烯醚呈液态后，在搅拌状态下，依次向微波反应器中加入2.25g巯基丙酸，25g丙烯酸，3.5g过氧化二苯酰。加料完毕，在温度为60℃，微波辐射功率为300W作用下，共聚15min，停止反应，即得到230.75g纯固体的反应产物，最后加入346.1g水稀释得到浓度为40％的聚丙烯酸系减水剂。

实施例5

首先将200g异戊烯基聚氧乙烯醚(分子量为2400)加入到微波反应器中，在温度为35℃，微波频率为915MHz，微波辐射功率为100W作用下，待异戊烯基聚氧乙烯醚呈液态后，在搅拌状态下，依次向微波反应器中加入2.6g巯基丙酸，24.6g丙烯酸，3.0g过氧化环己酮。加料完毕，在温度为50℃，微波辐射功率为260W作用下，共聚15min，停止反应，即得到230.2g纯固体的反应产物，最后加入345.3g水稀释得到浓度为40％的聚丙烯酸系减水剂。

对比例

首先将200g甲基烯丙基聚氧乙烯醚(分子量为2400)与130g去离子水放入四口烧瓶中，水浴加热，搅拌均匀，升温至60℃。将30g丙烯酸加入40g去离子水中配制成溶液A，将0.5g抗坏血酸、2.0g巯基乙酸加入90g水中配制成溶液B。待聚醚完全溶解后，加入2.5g浓度为27.5％的双氧水溶液，搅拌均匀后，同时滴加溶液A和溶液B，滴加时间分别为3h和3.5h。滴加结束后，恒温反应1h。降温至45℃以下，补水85g，制得浓度为40％的聚丙烯酸系减水剂PCA。

实施效果：

1、水泥净浆流动度

为考察本发明合成的无水固体产物加水配制成的聚丙烯酸系减水剂溶液对不同水泥的流动性作用效果，试验测定了在相同掺量下各实施例对不同水泥品种的净浆流动度。试验按GB/T8077-2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》进行。W/C＝0.29，掺量为折固掺量。选用现有市售的聚羧酸减水剂(比较例)作为对比样品。试验结果见表1。

表1 水泥净浆流动度测试结果

从表1数据可以看出，采用本发明方法制备的固体聚丙烯酸系减水剂与使用传统水浴方法合成的聚羧酸减水剂相比初始净浆流动度较大且其经时损失较小，具有明显的优势。

2、混凝土坍落度及扩展度

试验测定了各实施例在混凝土体系中表现出的坍落度及扩展度及其保持性能。配合比为水泥：粉煤灰：砂：石子：水＝270：90：790：1061：160。减水剂折固掺量为0.15％，水泥为华新PO42.5水泥。

表2 混凝土性能测试结果

从表2数据可以看出，采用本发明方法制备的固体聚丙烯酸系减水剂与使用传统水浴方法合成的聚羧酸减水剂相比，在混凝土体系中均能表现出优异的坍落度和扩展度保持能力。

Claims (7)

1.一种利用微波一步合成固体聚丙烯酸系减水剂的方法，其特征在于，该方法是将不饱和聚氧乙烯醚加入带搅拌装置的反应器中，在微波条件下，待不饱和聚氧乙烯醚融化后，依次向反应器中加入链转移剂、不饱和羧酸和引发剂，在温度20-70℃下搅拌10-30min后，停止反应，冷却至室温，即得固体聚丙烯酸系减水剂。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微波频率为915MHz或2450MHz，功率为0.1-1000kW。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述不饱和聚氧乙烯醚和不饱和羧酸的物质的量比为1：1-1：15，引发剂为不饱和聚氧乙烯醚和不饱和羧酸总质量的0.1-15％，链转移剂为不饱和聚氧乙烯醚和不饱和羧酸总质量的0.05-15％。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述不饱和聚氧乙烯醚为甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸甲酯、烯丙基聚氧乙烯醚、异丁烯聚氧乙烯醚或异戊烯聚氧乙烯醚中的一种或两种以上的混合。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述引发剂为过氧化苯甲酰、甲乙酮过氧化物、过氧酯类引发剂，过二硫酸铵或高锰酸钾。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述不饱和羧酸为丙烯酸或甲基丙烯酸。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述链转移剂为甲基丙烯磺酸钠、巯基乙酸、巯基丙酸或异丙醇中的一种或两种以上的混合。