CN105294953A - 一种聚羧酸超级保坍剂的制备方法 - Google Patents

一种聚羧酸超级保坍剂的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚羧酸超级保坍剂的制备方法,包括如下步骤:(1)将不饱和酸酐、胆碱化合物和催化剂加入到反应釜中混合,在氮气保护下,于40~60℃下恒温反应6~10h,得到含有酯化产物和未反应的不饱和酸酐的第一混合物;(2)将第一混合物、聚醚单体和水混合后搅拌至溶解均匀,加入氧化剂,8~12min后再分别滴加还原剂、不饱和羧酸酯单体、不饱和磷酸酯单体和分子量调节剂的水溶液,在常温条件下反应,滴加时间为1.0~5.0小时,滴加结束后继续反应0.5~2.0小时,得到共聚产物;(3)将共聚产物用碱中和,即得所述的聚羧酸超级保坍剂。本发明的制备方法合成的产品提高了混凝土的后期保坍性能,获得更好的和易性,不易出现滞后泌水的现象,同时提高了混凝土的抗泥效果及早期强度。

Description

一种聚羧酸超级保坍剂的制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域,具体涉及一种聚羧酸超级保坍剂的制备方法。
背景技术
随着交通、水电、市政等建筑事业的发展,高跨度桥梁、上百层的高楼大厦以及石油钻井平台、海上机场、海上城市、海底隧道等工程建设逐步兴起,对混凝土施工性能,强度指标以及耐久性要求越来越高,几乎全部要求使用泵送混凝土。泵送混凝土需要长距离运输和较高气温条件下施工,不可避免会造成新拌混凝土的坍落度损失。
目前市场上用的聚羧酸保坍剂对混凝土前期的保坍起到的效果比较明显,随着经济不断发展,对聚羧酸减水剂性能的要求越来越高,市场上水泥、砂、石材料越来越复杂,含泥量、石粉量高,混凝土材料对聚羧酸的吸附提高,加快了混凝土的损失,混凝土后期的保坍效果差,使得混凝土泵送施工困难,开发一种后期保坍好,抗泥效果好的保坍剂尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术缺陷,提供一种聚羧酸超级保坍剂的制备方法。
本发明的具体技术方案如下:
一种聚羧酸超级保坍剂的制备方法,包括如下步骤:
(1)酯化反应:将不饱和酸酐、胆碱化合物和催化剂加入到反应釜中混合,在氮气保护下,于40~60℃下恒温反应6~10h,期间用抽真空或通氮气带水的方法除去水,反应结束后降至室温,即得到含有酯化产物和未反应的不饱和酸酐的第一混合物,其中,胆碱化合物与不饱和酸酐的摩尔比为1:2~5,催化剂用量为不饱和酸酐和胆碱化合物总质量的0.5~4.0%;
(2)共聚反应:将步骤(1)制得的第一混合物、分子量为800~4000的聚醚单体和水混合后搅拌至溶解均匀,加入氧化剂,8~12min后再分别滴加还原剂、不饱和羧酸酯单体、不饱和磷酸酯单体和分子量调节剂的水溶液,在常温条件下反应,滴加时间为1.0~5.0小时,滴加结束后继续反应0.5~2.0小时,得到共聚产物,该步骤中,第一混合物的用量为聚醚单体质量的4.0~15.0%,不饱和羧酸酯的用量为聚醚单体质量的5.0~20.0%,不饱和磷酸酯单体的用量为聚醚单体质量的1.0~4.0%,氧化剂和还原剂以0.5~5:1的质量比组成水溶性引发体系,该水溶性引发体系的用量为聚醚单体质量的0.5~2.0%,分子量调节剂的用量为聚醚单体质量的0.3~2.0%;
(3)中和反应:将步骤(2)所得到的共聚产物用碱中和至pH值为5~7,即得所述的聚羧酸超级保坍剂,其含固量为25%-80%;
上述胆碱化合物为氯化胆碱、溴化胆碱、乙酰胆碱、磷酸胆碱和乙酸胆碱中的至少一种,聚醚单体为异戊烯醇聚氧乙烯醚、异戊烯醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、甲基烯丙醇聚氧乙烯醚、甲基烯丙基聚氧乙烯聚氧丙烯醚、烯丙醇聚氧乙烯醚和烯丙基聚聚氧丙烯醚中的至少一种,不饱和羧酸酯单体为丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丁酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸异辛酯和甲基丙烯酸甲酯中的至少一种,不饱和磷酸酯单体为丙烯酸羟丙基磷酸酯或丙烯基亚磷酸酯。
在本发明的一个优选实施方案中,所述不饱和酸酐为马来酸酐、衣康酸酐、二甲基马来酸酐和琥珀酸酐中的至少一种。
在本发明的一个优选实施方案中,所述催化剂为浓硫酸、对甲苯磺酸和二甲氨基吡啶中的至少一种。
在本发明的一个优选实施方案中,所述不饱和羧酸酯为单体为丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丁酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸异辛酯和甲基丙烯酸甲酯中的至少两种。
在本发明的一个优选实施方案中,所述氧化剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠和过氧化氢中的至少一种。
在本发明的一个优选实施方案中,所述还原剂为抗坏血酸、吊白块、亚硫酸氢钠和次亚磷酸钠中的至少一种。
在本发明的一个优选实施方案中,所述分子量调节剂为巯基乙酸、巯基丙酸、异丙醇、磷酸三钠、甲酸钠、乙酸钠和十二硫醇中的至少一种。
本发明的有益效果是:
1、本发明的制备方法通过将胆碱化合物与不饱和酸酐酯化的酯化产物用于聚羧酸保坍剂的共聚合成中,在聚羧酸分子链结构中引入三甲基铵的结构,使得合成的产品提高了混凝土的后期保坍性能,获得更好的和易性,不易出现滞后泌水的现象,同时提高了混凝土的抗泥效果及早期强度。
2、本发明的制备方法通过将胆碱化合物与不饱和酸酐酯化的酯化产物中含有不饱和季铵类羧酸酯,再与羧酸酯、磷酸酯一起制备聚羧酸保坍剂,在共聚过程中会适当交联,体系空间位阻效应增加。与混凝土接触后,能够有效的控制了酯基的水解速度,使酯基均匀有效的释放,提高了混凝土的后期保坍性能,使得3h不损失。
3、本发明的制备方法通过将胆碱化合物与不饱和酸酐酯化的酯化产物为小分子单体,易于合成,合成工艺简单,生产成本较低。
4、本发明的制备方法制成的聚羧酸超级保坍剂具有更好的抗泥效果,解决了目前材料含泥量、石粉量高造成的和易性以及损失快的问题。
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)酯化反应:将马来酸酐100.00g、衣康酸酐100.00g、氯化胆碱60.00g、乙酰胆碱40.00g和二甲氨基吡啶2.15g加入到反应釜中混合,在氮气保护下,于55℃下反应恒温6h,期间用抽真空或通氮气带水的方法除去水,反应结束后降至室温,即得到酯化产物和未反应的不饱和酸酐的第一混合物。
(2)共聚反应:将步骤(1)制得的第一混合物为7.5g、分子量为2400的异戊烯醇聚氧乙烯醚150.00和水200.00g加入大反应釜中,搅拌至溶解均匀,加入过氧化氢1.20g,10min后分别滴加抗坏血酸0.40g、巯基乙酸0.70g和水40.00g的混合液;丙烯酸羟乙酯8.00g,丙烯酸异辛酯14.5g,丙烯酸羟丙基磷酸酯1.80g和水40.00g的混合液。在常温条件下反应,滴加时间为1.5小时,滴加结束后继续反应2.00小时,得到共聚产物。
(3)中和反应:将步骤(2)所得到的共聚产物用碱中至pH值为5~7,即得到所述的聚羧酸超级保坍剂PC-1,其含固量为39.67%。
实施例2
(1)酯化反应:将马来酸酐130.00g、二甲马来酸酐70.00g、溴化胆碱60.00g、氯化胆碱140.00g和浓硫酸5.20g加入到反应釜中混合,在氮气保护下,于40℃下反应恒温7h,期间用抽真空或通氮气带水的方法除去水,反应结束后降至室温,即得到酯化产物和未反应的不饱和酸酐的第一混合物。
(2)共聚反应:将步骤(1)制得的第一混合物为10.50g、分子量为2400的异戊烯醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚150.00g和水100.00g加入大反应釜中,搅拌至溶解均匀,一次性加入过硫酸铵2.00g,10min后分别滴加吊白块0.60g、巯基丙酸1.20g和水40.00g的混合液;甲基丙烯酸羟乙酯15.50g,丙烯酸羟丙酯4.5g,丙烯基亚磷酸酯2.00g和水40.00g的混合液。在常温条件下反应,滴加时间为2.0小时,滴加结束后继续反应1.50小时,得到共聚产物。
(3)中和反应:将步骤(2)所得到的共聚产物用碱中至pH值为5~7,即得到所述的聚羧酸超级保坍剂PC-2,其含固量为50.86%。
实施例3
(1)酯化反应:将衣康酸酐120.00g,二甲基马来酸酐80.00g、溴化胆碱75.00g、乙酰胆碱28.00g和分噻嗪3.10g加入到反应釜中混合,在氮气保护下,于60℃下反应恒温6h,反应结束后降至室温,即得到酯交换后的第一混合物。
(2)共聚反应:将步骤(1)制得的第一混合物为12.00g、分子量为2400的甲基烯丙基聚氧乙烯聚氧丙烯醚150.00g和水150.00g加入大反应釜中,搅拌至溶解均匀,一次性加入过硫酸钾1.20g和过硫酸钠0.60g,10min后分别滴加次亚磷酸钠0.70g、磷酸三钠1.50g和水40.00g的混合液;丙烯酸羟丙酯15.00g、甲基丙烯酸异辛酯2.50g、丙烯酸羟丙基磷酸酯3.00g和水40.00g的混合液。在常温条件下反应,滴加时间为3.00小时,滴加结束后继续反应1.00小时,得到共聚产物。
(3)中和反应:将步骤(2)所得到的共聚产物用碱中至pH值为5~7,即得到所述的聚羧酸超级保坍剂PC-3,其含固量为44.78%。
实施例4
(1)酯化反应:将马来酸酐115.00g、琥珀酸酐25.00g、衣康酸酐60.00g,氯化胆碱80.00g、磷酸胆碱20.00g和浓硫酸2.25g在氮气保护下,于30℃下反应恒温9.00h,反应结束后降至室温,即得到酯交换后的第一混合物。
(2)共聚反应:将步骤(1)制得的第一混合物为15.00g、分子量为2400的烯丙基聚聚氧丙烯醚150.00g和水300.00g加入大反应釜中,搅拌至溶解均匀,一次性加入过硫酸钠1.60g,10min后分别滴加亚硫酸氢钠1.20g、十二硫醇1.50g和水40.00g的混合液;丙烯酸羟丁酯10.00g、甲基丙烯酸甲酯3.50g、丙烯基亚磷酸酯3.60和水40.00的混合液。在常温条件下反应,滴加时间为5.00小时,滴加结束后即得到共聚产物。
(3)中和反应:将步骤(2)所得到的共聚产物用碱中至pH值为5~7,即得到所述的聚羧酸超级保坍剂PC-4,其含固量为32.91%。
实施例5
对实施例1到实施例4所制得的聚羧酸超级保坍剂PC-1、PC-2、PC-3、PC-4进行测试,所用材料水泥为中国建筑材料科学研究总院水泥科学与新型建筑材料研究院生产的基准水泥C,砂S的细度模数为2.6mm,石头G1的粒径为5-10mm,石头G2的粒径为10-20mm,高岭土。
按照GB/T8077-2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》对所得聚羧酸超级保坍剂进行水泥净浆流动度测试,W/C=0.29,折固掺量为0.50wt%时(相对于水泥用量),初始净浆流动度达到130~140mm,1.0h净浆流动度达到200~220mm,2.0h净浆流动度达到260~270mm,3.0h净浆流动度达到300~320mm。
混凝土性能测试,本发明制备的聚羧酸超级保坍剂按等折固与目前市面上较好的巴斯夫生产保坍剂进行对比。掺量为1.00wt%时(相对于水泥用量),减水率高于25%,坍落度和扩展度3h坍落度损失均小于10mm。混凝土试验配合比如表1所示,混凝土试验所得结果如表2所示。
表1混凝土配合比
表2实施例性能对比
由表2可知,加入本发明制备的聚羧酸超级保坍剂的混凝土,可以保持坍落度和扩展度3h后不损失,具有较强的保坍性能,抗泥效果好,且混凝土的早期强度明显提高,和易性良好。
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:
一种聚羧酸超级保坍剂的制备方法,包括如下步骤:
(1)酯化反应:将不饱和酸酐、胆碱化合物和催化剂加入到反应釜中混合,在氮气保护下,于40~60℃下恒温反应6~10h,期间用抽真空或通氮气带水的方法除去水,反应结束后降至室温,即得到含有酯化产物和未反应的不饱和酸酐的第一混合物,其中,胆碱化合物与不饱和酸酐的摩尔比为1:2~5,催化剂用量为不饱和酸酐和胆碱化合物总质量的0.5~4.0%;
(2)共聚反应:将步骤(1)制得的第一混合物、分子量为800~4000的聚醚单体和水混合后搅拌至溶解均匀,加入氧化剂,8~12min后再分别滴加还原剂、不饱和羧酸酯单体、不饱和磷酸酯单体和分子量调节剂的水溶液,在常温条件下反应,滴加时间为1.0~5.0小时,滴加结束后继续反应0.5~2.0小时,得到共聚产物,该步骤中,第一混合物的用量为聚醚单体质量的4.0~15.0%,不饱和羧酸酯的用量为聚醚单体质量的5.0~20.0%,不饱和磷酸酯单体的用量为聚醚单体质量的1.0~4.0%,氧化剂和还原剂以0.5~5:1的质量比组成水溶性引发体系,该水溶性引发体系的用量为聚醚单体质量的0.5~2.0%,分子量调节剂的用量为聚醚单体质量的0.3~2.0%;
(3)中和反应:将步骤(2)所得到的共聚产物用碱中和至pH值为5~7,即得所述的聚羧酸超级保坍剂,其含固量为25%-80%;
上述胆碱化合物为氯化胆碱、溴化胆碱、乙酰胆碱、磷酸胆碱和乙酸胆碱中的至少一种,聚醚单体为异戊烯醇聚氧乙烯醚、异戊烯醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、甲基烯丙醇聚氧乙烯醚、甲基烯丙基聚氧乙烯聚氧丙烯醚、烯丙醇聚氧乙烯醚和烯丙基聚聚氧丙烯醚中的至少一种,不饱和羧酸酯单体为丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丁酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸异辛酯和甲基丙烯酸甲酯中的至少一种,不饱和磷酸酯单体为丙烯酸羟丙基磷酸酯或丙烯基亚磷酸酯。
所述不饱和酸酐为马来酸酐、衣康酸酐、二甲基马来酸酐和琥珀酸酐中的至少一种。
所述催化剂为浓硫酸、对甲苯磺酸和二甲氨基吡啶中的至少一种。
所述不饱和羧酸酯为单体为丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丁酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸异辛酯和甲基丙烯酸甲酯中的至少两种。
所述氧化剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠和过氧化氢中的至少一种。
所述还原剂为抗坏血酸、吊白块、亚硫酸氢钠和次亚磷酸钠中的至少一种。
所述分子量调节剂为巯基乙酸、巯基丙酸、异丙醇、磷酸三钠、甲酸钠、乙酸钠和十二硫醇中的至少一种。
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)

1.一种聚羧酸超级保坍剂的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:
(1)酯化反应:将不饱和酸酐、胆碱化合物和催化剂加入到反应釜中混合,在氮气保护下,于40~60℃下恒温反应6~10h,期间用抽真空或通氮气带水的方法除去水,反应结束后降至室温,即得到含有酯化产物和未反应的不饱和酸酐的第一混合物,其中,胆碱化合物与不饱和酸酐的摩尔比为1:2~5,催化剂用量为不饱和酸酐和胆碱化合物总质量的0.5~4.0%;
(2)共聚反应:将步骤(1)制得的第一混合物、分子量为800~4000的聚醚单体和水混合后搅拌至溶解均匀,加入氧化剂,8~12min后再分别滴加还原剂、不饱和羧酸酯单体、不饱和磷酸酯单体和分子量调节剂的水溶液,在常温条件下反应,滴加时间为1.0~5.0小时,滴加结束后继续反应0.5~2.0小时,得到共聚产物,该步骤中,第一混合物的用量为聚醚单体质量的4.0~15.0%,不饱和羧酸酯的用量为聚醚单体质量的5.0~20.0%,不饱和磷酸酯单体的用量为聚醚单体质量的1.0~4.0%,氧化剂和还原剂以0.5~5:1的质量比组成水溶性引发体系,该水溶性引发体系的用量为聚醚单体质量的0.5~2.0%,分子量调节剂的用量为聚醚单体质量的0.3~2.0%;
(3)中和反应:将步骤(2)所得到的共聚产物用碱中和至pH值为5~7,即得所述的聚羧酸超级保坍剂,其含固量为25%-80%;
上述胆碱化合物为氯化胆碱、溴化胆碱、乙酰胆碱、磷酸胆碱和乙酸胆碱中的至少一种,聚醚单体为异戊烯醇聚氧乙烯醚、异戊烯醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、甲基烯丙醇聚氧乙烯醚、甲基烯丙基聚氧乙烯聚氧丙烯醚、烯丙醇聚氧乙烯醚和烯丙基聚聚氧丙烯醚中的至少一种,不饱和羧酸酯单体为丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丁酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸异辛酯和甲基丙烯酸甲酯中的至少一种,不饱和磷酸酯单体为丙烯酸羟丙基磷酸酯或丙烯基亚磷酸酯。
2.如权利要求1所述的一种聚羧酸超级保坍剂的制备方法,其特征在于:所述不饱和酸酐为马来酸酐、衣康酸酐、二甲基马来酸酐和琥珀酸酐中的至少一种。
3.如权利要求1所述的一种聚羧酸超级保坍剂的制备方法,其特征在于:所述催化剂为浓硫酸、对甲苯磺酸和二甲氨基吡啶中的至少一种。
4.如权利要求1所述的一种聚羧酸超级保坍剂的制备方法,其特征在于:所述不饱和羧酸酯为单体为丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丁酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸异辛酯和甲基丙烯酸甲酯中的至少两种。
5.如权利要求1所述的一种聚羧酸超级保坍剂的制备方法,其特征在于:所述氧化剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠和过氧化氢中的至少一种。
6.如权利要求1所述的一种聚羧酸超级保坍剂的制备方法,其特征在于:所述还原剂为抗坏血酸、吊白块、亚硫酸氢钠和次亚磷酸钠中的至少一种。
7.如权利要求1所述的一种聚羧酸超级保坍剂的制备方法,其特征在于:所述分子量调节剂为巯基乙酸、巯基丙酸、异丙醇、磷酸三钠、甲酸钠、乙酸钠和十二硫醇中的至少一种。
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