CN105294951B - 一种酯类聚羧酸减水剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种酯类聚羧酸减水剂的制备方法。包括如下步骤：(1)将聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、丙烯酸、不饱和磺酸盐、石蜡、乙二胺四乙酸二钠盐和水加入反应釜中，搅拌下溶解，配制成反应底料，于反应底料的液面下持续通氮气，同时升温至30～40℃；(2)在步骤(1)所得物料中一次性加入过氧化氢，同时滴加第一、第二和第三混合溶液，控制滴加速度，滴加时间为1～2.5h，滴加完毕后，将反应体系升温至85～95℃，一次性加入过硫酸铵继续反应，(3)在步骤(2)所得物料中加入二甲基二硫代氨基甲酸钠以终止反应，并加入氢氧化钠溶液进行中和，冷却至40～50℃，出料，得到酯类聚羧酸减水剂。本发明的制备方法有利于避免凝胶生成，同时能使制得的聚羧酸减水剂的贮存稳定性大大提高。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种酯类聚羧酸减水剂的制备方法。
背景技术
各种工业与民用建筑、公路铁路桥梁、机场跑道、矿井建设、水工结构、海洋开发、地热工程以及军事等许多工程的建设都离不开混凝土。目前，随着混凝土向高性能化和多功能化的方向发展,要求混凝土具有高工作性、高强度、高耐久性，并能满足在许多特殊情况下的应用。具有超分散性能的聚羧酸减水剂己成为高性能混凝土中不可缺少的组分。
聚羧酸减水剂含有羧酸基、磺酸基、酯基等官能团，在聚合物的分子结合过程中，不同单体以随机或有规律地聚合在一起，使分子具有梳型结构，其特殊的结构决定了它优越性能。聚羧酸减水剂可以按照聚合物分子剪裁设计原则，通过自由基共聚合反应将可聚合结构单元合成预定结构与性能的减水剂，通过调整单体组分及其之间的比例关系、选取高反应活性单体和引发剂等，最终得到能满足特殊需求的含有理想分子结构的主链、侧链，并使其具有一定电荷密度及分子构象分子结构的聚合物。
在聚羧酸减水剂的相关研究中，众多企业和科研单位主要关注聚羧酸性能的提升、或性价比的提升，或产品的功能化设计，而对于聚羧酸减水剂生产过程的研究较少。聚羧酸减水剂的合成一般采用水溶液自由基聚合，在反应过程中随着反应单体的消耗，单体转化率的提高，体系的粘度也随之增大，即产物的分子量逐渐提高，并且由于反应体系传质传热的非均一性，导致体系中可能局部发生暴聚现象，因此会导致凝胶现象出现，实际生产过程中特别是在釜壁及搅拌桨上非常容易出现大团凝胶，经常会导致反应釜出料口及产品输送过程中管道的堵塞。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种酯类聚羧酸减水剂的制备方法。
本发明的具体技术方案如下：
一种酯类聚羧酸减水剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将5～30重量份聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、1～3重量份不饱和磺酸盐、0.01～0.5重量份石蜡、1～4重量份乙二胺四乙酸二钠盐和50重量份水加入反应釜中，搅拌下溶解，配制成反应底料，于反应底料的液面下持续通氮气12～20min，同时升温至30～40℃；；
(2)在步骤(1)所得物料的液面下持续通氮气，并连续搅拌，一次性加入1～10重量份过氧化氢，同时滴加第一混合溶液、第二混合溶液和第三混合溶液，控制滴加速度，滴加时间为1～2.5h，滴加完毕后，将反应体系升温至85～95℃，一次性加入0.4～1.2重量份过硫酸铵继续反应，反应时间为0.8～1.2h；其中第一混合溶液由70～95重量份聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯和20重量份水配制而成，第二混合溶液由2～4重量份不饱和羧酸、1～3重量份烯丙基硫脲、0.2～1.2重量份链转移剂和20重量份水配制而成，第三混合溶液由0.05～1重量份还原剂、0.05～0.5重量份助还原剂四甲基乙二胺和20重量份水配制而成；
(3)在步骤(2)所得物料中加入0.01～0.06重量份二甲基二硫代氨基甲酸钠以终止反应，并加入8～22重量份质量浓度为30％的氢氧化钠溶液进行中和，冷却至40～50℃，出料，得到酯类聚羧酸减水剂；
上述聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯由聚乙二醇单甲醚和甲基丙烯酸制成，其中聚乙二醇单甲醚的分子量为1000～3000，甲基丙烯酸和聚乙二醇单甲醚的摩尔比为3～5:1。
在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(1)为：将5～30重量份聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、1～3重量份不饱和磺酸盐、0.01～0.5重量份石蜡、1～4重量份乙二胺四乙酸二钠盐和50重量份水加入反应釜中，搅拌下溶解，配制成反应底料，于反应底料的液面下持续通氮气15min，同时升温至30～40℃。
在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(2)为：在步骤(1)所得物料的液面下持续通氮气，并连续搅拌，一次性加入1～8重量份过氧化氢，同时滴加第一混合溶液、第二混合溶液和第三混合溶液，控制滴加速度，滴加时间为1～2h，滴加完毕后，将反应体系升温至85～95℃，一次性加入0.5～1重量份过硫酸铵继续反应，反应时间为1h。
在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(3)为：在步骤(2)所得物料中加入0.01～0.05重量份二甲基二硫代氨基甲酸钠以终止反应，并加入10～20重量份质量浓度为30％的氢氧化钠溶液进行中和，冷却至45℃，出料，得到酯类聚羧酸减水剂。
进一步优选的，所述不饱和磺酸盐为2-羟基-3-烯丙氧基丙磺酸钠、2-羟基-3-烯丙氧基丙磺酸钾、2-羟基-4-烯丁氧基丙磺酸钠或2-羟基-4-烯丁氧基丙磺酸钾。
进一步优选的，所述不饱和羧酸为丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸羟甲酯、丙烯酸羟乙酯或衣康酸。
进一步优选的，所述链转移剂为巯基乙醇、巯基乙酸或巯基丙酸。
进一步优选的，所述还原剂为2-羟基-2-亚磺酸基乙酸二钾盐或2-羟基-2-磺酸基乙酸二钾盐。
本发明的有益效果是：
1、本发明的制备方法有利于避免凝胶生成：加入反应单体前，通入氮气除去反应釜中的空气，以提供聚合反应的无氧环境；反应中加入石蜡，可尽量减少或防止聚合物粘附在釜壁或搅拌桨等反应釜部件上；引入的不饱和磺酸，其结构中含有三个官能团，是一种高度亲水的的功能性单体，能增加聚合物的亲水性，有利于避免凝胶物质的生成。
2、本发明的制备方法能使制得的聚羧酸减水剂的的贮存稳定性大大提高，不会产生凝胶或白色凝胶状漂浮物：所引入的烯丙基硫脲，带有抗氧化功能的基团，可以防止产物交联和降解，可以提高抗氧化基团的使用效率，由于抗氧基团与聚合物主链之间通过共价键键合，不会出现分离效应；所加入的二甲基二硫代氨基甲酸钠能与反应体系中残留的链自由基反应，使链自由基活性消失，使得反应终止。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。
实施例1
(1)将30重量份聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、1.5重量份2-羟基-3-烯丙氧基丙磺酸钠、0.01重量份石蜡、1重量份乙二胺四乙酸二钠盐和50重量份水加入反应釜中，搅拌下溶解，配制成反应底料，于反应底料的液面下持续通氮气15min，同时升温至30～40℃；
(2)在步骤(1)所得物料的液面下持续通氮气，并连续搅拌，一次性加入5.5重量份过氧化氢，同时滴加第一混合溶液、第二混合溶液和第三混合溶液，控制滴加速度，滴加时间为2h，滴加完毕后，将反应体系升温至85℃，一次性加入0.5重量份过硫酸铵继续反应，反应时间为1h；其中第一混合溶液由70重量份聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯和20重量份水配制而成，第二混合溶液由2重量份丙烯酸、1重量份烯丙基硫脲、0.7重量份巯基乙酸和20重量份水配制而成，第三混合溶液由0.02重量份2-羟基-2-磺酸基乙酸二钾盐、0.5重量份助还原剂四甲基乙二胺和20重量份水配制而成；
(3)在步骤(2)所得物料中加入0.01重量份二甲基二硫代氨基甲酸钠以终止反应，并加入12重量份质量浓度为30％的氢氧化钠溶液进行中和，冷却至45℃，出料，得到酯类聚羧酸减水剂；
上述聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯由聚乙二醇单甲醚和甲基丙烯酸制成，其中聚乙二醇单甲醚的分子量为1000，甲基丙烯酸和聚乙二醇单甲醚的摩尔比为3:1。
实施例2
(1)将15重量份聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、1重量份2-羟基-4-烯丁氧基丙磺酸钠、0.02重量份石蜡、4重量份乙二胺四乙酸二钠盐和50重量份水加入反应釜中，搅拌下溶解，配制成反应底料，于反应底料的液面下持续通氮气15min，同时升温至30℃；
(2)在步骤(1)所得物料的液面下持续通氮气，并连续搅拌，一次性加入6重量份过氧化氢，同时滴加第一混合溶液、第二混合溶液和第三混合溶液，控制滴加速度，滴加时间为1h，滴加完毕后，将反应体系升温至90℃，一次性加入0.8重量份过硫酸铵继续反应，反应时间为1h；其中第一混合溶液由85重量份聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯和20重量份水配制而成，第二混合溶液由4重量份丙烯酸甲酯、2重量份烯丙基硫脲、0.9重量份巯基乙酸和20重量份水配制而成，第三混合溶液由0.2重量份2-羟基-2-磺酸基乙酸二钾盐、0.09重量份助还原剂四甲基乙二胺和20重量份水配制而成；
(3)在步骤(2)所得物料中加入0.05重量份二甲基二硫代氨基甲酸钠以终止反应，并加入16重量份质量浓度为30％的氢氧化钠溶液进行中和，冷却至45℃，出料，得到酯类聚羧酸减水剂；
上述聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯由聚乙二醇单甲醚和甲基丙烯酸制成，其中聚乙二醇单甲醚的分子量为1200，甲基丙烯酸和聚乙二醇单甲醚的摩尔比为4:1。
实施例3
(1)将5重量份聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、3重量份2-羟基-3-烯丙氧基丙磺酸钾、0.5重量份石蜡、3重量份乙二胺四乙酸二钠盐和50重量份水加入反应釜中，搅拌下溶解，配制成反应底料，于反应底料的液面下持续通氮气15min，同时升温至30℃；
(2)在步骤(1)所得物料的液面下持续通氮气，并连续搅拌，一次性加入8重量份过氧化氢，同时滴加第一混合溶液、第二混合溶液和第三混合溶液，控制滴加速度，滴加时间为2h，滴加完毕后，将反应体系升温至95℃，一次性加入0.5重量份过硫酸铵继续反应，反应时间为1h；其中第一混合溶液由95重量份聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯和20重量份水配制而成，第二混合溶液由3重量份丙烯酸羟乙酯、3重量份烯丙基硫脲、0.2重量份巯基乙醇和20重量份水配制而成，第三混合溶液由0.05重量份2-羟基-2-磺酸基乙酸二钾盐、0.1重量份助还原剂四甲基乙二胺和20重量份水配制而成；
(3)在步骤(2)所得物料中加入0.03重量份二甲基二硫代氨基甲酸钠以终止反应，并加入20重量份质量浓度为30％的氢氧化钠溶液进行中和，冷却至45℃，出料，得到酯类聚羧酸减水剂；
上述聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯由聚乙二醇单甲醚和甲基丙烯酸制成，其中聚乙二醇单甲醚的分子量为2200，甲基丙烯酸和聚乙二醇单甲醚的摩尔比为5:1。
实施例4
(1)将10重量份聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、2重量份2-羟基-4-烯丁氧基丙磺酸钾、0.2重量份石蜡、2重量份乙二胺四乙酸二钠盐和50重量份水加入反应釜中，搅拌下溶解，配制成反应底料，于反应底料的液面下持续通氮气15min，同时升温至40℃；
(2)在步骤(1)所得物料的液面下持续通氮气，并连续搅拌，一次性加入1重量份过氧化氢，同时滴加第一混合溶液、第二混合溶液和第三混合溶液，控制滴加速度，滴加时间为2h，滴加完毕后，将反应体系升温至95℃，一次性加入1重量份过硫酸铵继续反应，反应时间为1h；其中第一混合溶液由90重量份聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯和20重量份水配制而成，第二混合溶液由3重量份衣康酸、1重量份烯丙基硫脲、1.2重量份巯基丙酸和20重量份水配制而成，第三混合溶液由1重量份2-羟基-2-亚磺酸基乙酸二钾盐、0.4重量份助还原剂四甲基乙二胺和20重量份水配制而成；
(3)在步骤(2)所得物料中加入0.02重量份二甲基二硫代氨基甲酸钠以终止反应，并加入10重量份质量浓度为30％的氢氧化钠溶液进行中和，冷却至45℃，出料，得到酯类聚羧酸减水剂；
上述聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯由聚乙二醇单甲醚和甲基丙烯酸制成，其中聚乙二醇单甲醚的分子量为3000，甲基丙烯酸和聚乙二醇单甲醚的摩尔比为3.5:1。
实施例1～4在反应结束后反应釜壁及搅拌桨上均没有发现凝胶；所得聚羧酸减水剂在常温下贮存12个月，也未发现凝胶或白色凝胶状漂浮物，未见性能下降。
将实施例1～4所得的产品采用基准水泥P.I 42.5，砂为细度模数2.8的河砂，石子为粒径5-20连续级配碎石。根据GB 8076-2008《混凝土外加剂》，测定混凝土减水率，外加剂掺量为胶材质量的0.20％(折成固体份)，经测试实施例1～4样品的混凝土减水率均在30％以上。
本领域普通技术人员可知，本发明的组分含量在下述范围内变化时，仍能够得到与上述实施例相同或相近的技术效果，仍然属于本发明的保护范围：
(1)将5～30重量份聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、1～3重量份不饱和磺酸盐、0.01～0.5重量份石蜡、1～4重量份乙二胺四乙酸二钠盐和50重量份水加入反应釜中，搅拌下溶解，配制成反应底料，于反应底料的液面下持续通氮气12～20min，同时升温至30～40℃；
(2)在步骤(1)所得物料的液面下持续通氮气，并连续搅拌，一次性加入1～10重量份过氧化氢，同时滴加第一混合溶液、第二混合溶液和第三混合溶液，控制滴加速度，滴加时间为1～2.5h，滴加完毕后，将反应体系升温至85～95℃，一次性加入0.4～1.2重量份过硫酸铵继续反应，反应时间为0.8～1.2h；其中第一混合溶液由70～95重量份聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯和20重量份水配制而成，第二混合溶液由2～4重量份不饱和羧酸、1～3重量份烯丙基硫脲、0.2～1.2重量份链转移剂和20重量份水配制而成，第三混合溶液由0.05～1重量份还原剂、0.05～0.5重量份助还原剂四甲基乙二胺和20重量份水配制而成；
(3)在步骤(2)所得物料中加入0.01～0.06重量份二甲基二硫代氨基甲酸钠以终止反应，并加入8～22重量份质量浓度为30％的氢氧化钠溶液进行中和，冷却至40～50℃，出料，得到酯类聚羧酸减水剂；
上述聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯由聚乙二醇单甲醚和甲基丙烯酸制成，其中聚乙二醇单甲醚的分子量为1000～3000，甲基丙烯酸和聚乙二醇单甲醚的摩尔比为3～5:1。
所述不饱和磺酸盐为2-羟基-3-烯丙氧基丙磺酸钠、2-羟基-3-烯丙氧基丙磺酸钾、2-羟基-4-烯丁氧基丙磺酸钠或2-羟基-4-烯丁氧基丙磺酸钾。
所述不饱和羧酸为丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸羟甲酯、丙烯酸羟乙酯或衣康酸。
所述链转移剂为巯基乙醇、巯基乙酸或巯基丙酸。
所述还原剂为2-羟基-2-亚磺酸基乙酸二钾盐或2-羟基-2-磺酸基乙酸二钾盐。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。
Claims (7)
1.一种酯类聚羧酸减水剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将5～30重量份聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、1～3重量份不饱和磺酸盐、0.01～0.5重量份石蜡、1～4重量份乙二胺四乙酸二钠盐和50重量份水加入反应釜中，搅拌下溶解，配制成反应底料，于反应底料的液面下持续通氮气12～20min，同时升温至30～40℃；
(2)在步骤(1)所得物料的液面下持续通氮气，并连续搅拌，一次性加入1～10重量份过氧化氢，同时滴加第一混合溶液、第二混合溶液和第三混合溶液，控制滴加速度，滴加时间为1～2.5h，滴加完毕后，将反应体系升温至85～95℃，一次性加入0.4～1.2重量份过硫酸铵继续反应，反应时间为0.8～1.2h；其中第一混合溶液由70～95重量份聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯和20重量份水配制而成，第二混合溶液由2～4重量份丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸羟甲酯、丙烯酸羟乙酯或衣康酸、1～3重量份烯丙基硫脲、0.2～1.2重量份链转移剂和20重量份水配制而成，第三混合溶液由0.05～1重量份还原剂、0.05～0.5重量份助还原剂四甲基乙二胺和20重量份水配制而成；
(3)在步骤(2)所得物料中加入0.01～0.06重量份二甲基二硫代氨基甲酸钠以终止反应，并加入8～22重量份质量浓度为30％的氢氧化钠溶液进行中和，冷却至40～50℃，出料，得到酯类聚羧酸减水剂；
上述聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯由聚乙二醇单甲醚和甲基丙烯酸制成，其中聚乙二醇单甲醚的分子量为1000～3000，甲基丙烯酸和聚乙二醇单甲醚的摩尔比为3～5∶1。
2.如权利要求1所述的一种酯类聚羧酸减水剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)为：将5～30重量份聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、1～3重量份不饱和磺酸盐、0.01～0.5重量份石蜡、1～4重量份乙二胺四乙酸二钠盐和50重量份水加入反应釜中，搅拌下溶解，配制成反应底料，于反应底料的液面下持续通氮气15min，同时升温至30～40℃。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)为：在步骤(1)所得物料的液面下持续通氮气，并连续搅拌，一次性加入1～8重量份过氧化氢，同时滴加第一混合溶液、第二混合溶液和第三混合溶液，控制滴加速度，滴加时间为1～2h，滴加完毕后，将反应体系升温至85～95℃，一次性加入0.5～1重量份过硫酸铵继续反应，反应时间为1h。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)为：在步骤(2)所得物料中加入0.01～0.05重量份二甲基二硫代氨基甲酸钠以终止反应，并加入10～20重量份质量浓度为30％的氢氧化钠溶液进行中和，冷却至45℃，出料，得到酯类聚羧酸减水剂。
5.如权利要求1至4中任一权利要求所述的制备方法，其特征在于：所述不饱和磺酸盐为2-羟基-3-烯丙氧基丙磺酸钠、2-羟基-3-烯丙氧基丙磺酸钾、2-羟基-4-烯丁氧基丙磺酸钠或2-羟基-4-烯丁氧基丙磺酸钾。
6.如权利要求1至4中任一权利要求所述的制备方法，其特征在于：所述链转移剂为巯基乙醇、巯基乙酸或巯基丙酸。
7.如权利要求1至4中任一权利要求所述的制备方法，其特征在于：所述还原剂为2-羟基-2-亚磺酸基乙酸二钾盐或2-羟基-2-磺酸基乙酸二钾盐。
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