CN105949383A - 一种阳离子型抗泥剂及其制备方法 - Google Patents

一种阳离子型抗泥剂及其制备方法 Download PDF

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    • C08F2/38—Polymerisation using regulators, e.g. chain terminating agents, e.g. telomerisation

Abstract

本发明公开了一种阳离子型抗泥剂及其制备方法，其特征在于：阳离子型抗泥剂是以过硫酸铵为引发剂、以巯基丙酸为调节剂，让阳离子单体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和具有疏水性的单体甲基丙烯酸二甲氨乙酯，在水溶液中发生自由基聚合反应获得。本发明的制备方法简单，所用原料单一且价廉，成本低，所获得的阳离子型抗泥剂和工业聚羧酸减水剂复配，大大提高了其对黏土的抗性。

Description

一种阳离子型抗泥剂及其制备方法
一、技术领域
本发明涉及一种高性能混凝土外加剂及其制备方法，具体来说是一种阳离子型抗泥剂及其制备方法。
二、背景技术
在当今混凝土工程中外加剂成了不可缺少的一部分，而在外加剂中又以减水剂最为重要。这是由于减水剂能够在低掺量下显著提高混凝土流动性，减少水的用量，增加混凝土强度。减水剂发展至今已经发展到了第三代聚羧酸减水剂，但是聚羧酸减水剂也面临一些突出问题，其中对黏土的高度敏感性已引起人们的关注。如混凝土工程中所用的砂石骨料含有黏土将大大降低甚至完全丧失聚羧酸减水剂的工作性能，因此提高聚羧酸减水剂对黏土的抗性显得尤为重要。
三、发明内容
本发明旨在提供一种阳离子型抗泥剂及其制备方法，使其通过和聚羧酸减水剂的复配大大提高聚羧酸减水剂对黏土的抗性。
本发明解决技术问题，采用如下技术方案：
本发明的阳离子型抗泥剂，其特点在于：所述阳离子型抗泥剂是以过硫酸铵为引发剂、以巯基丙酸为调节剂，让阳离子单体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和具有疏水性的单体甲基丙烯酸二甲氨乙酯，在水溶液中发生自由基聚合反应获得。
其中：所述甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和所述甲基丙烯酸二甲氨乙酯的摩尔比为1:1～3:1；引发剂过硫酸铵的质量为单体总质量的1％～2％，调节剂巯基丙酸的质量为单体总质量的0.8％～1％。
优选的，所述甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和所述甲基丙烯酸二甲氨乙酯的摩尔比为3:1；引发剂过硫酸铵的质量为单体总质量的1％，调节剂巯基丙酸的质量为单体总质量的0.8％。
上述阳离子型抗泥剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)准确称取5g去离子水置于100mL三口烧瓶中，固定于80℃油浴锅中，通入氮气30min；
(2)称取过硫酸铵0.0868g～0.0988g，溶解于5g去离子水中，获得溶液A；
(3)称取甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵2.769g～8.308g、甲基丙烯酸二甲氨乙酯1.572g和巯基丙酸0.0434g～0.0988g，溶解于5g去离子水中，获得溶液B；
(4)用蠕动泵将溶液A和溶液B同时向三口烧瓶中滴加，共滴加3h，然后再保温1h，冷却到室温后，即得目标产物阳离子型抗泥剂。
优选的制备方法如下：
(1)准确称取5g去离子水置于100mL三口烧瓶中，固定于80℃油浴锅中，通入氮气30min；
(2)称取过硫酸铵0.0988g，溶解于5g去离子水中，获得溶液A；
(3)称取甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵8.308g、甲基丙烯酸二甲氨乙酯1.572g和巯基丙酸0.0790g，溶解于5g去离子水中，获得溶液B；
(4)用蠕动泵将溶液A和溶液B同时向三口烧瓶中滴加，共滴加3h，然后再保温1h，冷却到室温后，即得目标产物阳离子型抗泥剂。
反应方程式如下：
本发明的有益效果体现在：
本发明的制备方法简单，反应条件不苛刻，所用原料单一且价廉，生产成本低；所获得的阳离子型抗泥剂和工业聚羧酸减水剂复配，大大提高了其对黏土的抗性。因此，本发明的阳离子型抗泥剂有望大规模工业生产
四、附图说明
图1中为合成产物的红外光谱图：1723cm-1处为-COO-特征伸缩吸收峰，1170cm-1处为-C-N伸缩振动峰，1650cm-1左右处无特征峰，说明不饱和双键不存在，聚合反应已经发生。
五、具体实施方式
实施例1
本实施例的阳离子型抗泥剂中，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和甲基丙烯酸二甲氨乙酯的摩尔比为1:1；引发剂过硫酸铵的质量为单体总质量的2％，调节剂巯基丙酸的质量为单体总质量的1％，在水溶液中发生自由基聚合反应的温度为70℃。
具体制备过程为：
(1)准确称取5g去离子水置于100mL三口烧瓶中，固定于70℃油浴锅中，通入氮气30min；
(2)称取过硫酸铵0.0868g，溶解于5g去离子水中，获得溶液A；
(3)称取甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵2.769g、甲基丙烯酸二甲氨乙酯1.572g和巯基丙酸0.0434g，溶解于5g去离子水中，获得溶液B；
(4)用蠕动泵将溶液A和溶液B同时向三口烧瓶中滴加，共滴加3h，然后再保温1h，冷却到室温后，即得目标产物阳离子型抗泥剂。
减水率测试：
工业聚羧酸减水剂(TD-646，安徽天齐化工科技有限公司，下同)固掺量在水泥质量的0.1％时，水灰比为0.29时净浆流动度为275mm。
工业聚羧酸减水剂固掺量在水泥质量的0.1％时，钠基蒙脱土含量为水泥质量的1％，水灰比为0.29时净浆流动度为0mm。
工业聚羧酸减水剂固掺量在水泥质量的0.1％时外加0.04％的本实施例得到的阳离子型抗泥剂，钠基蒙脱土含量为水泥质量的1％，水灰比为0.29时净浆流动度为190mm。
实施例2
本实施例的阳离子型抗泥剂中，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和甲基丙烯酸二甲氨乙酯的摩尔比为3:1；引发剂过硫酸铵的质量为单体总质量的2％，调节剂巯基丙酸的质量为单体总质量的1％，在水溶液中发生自由基聚合反应的温度为70℃。
具体制备过程为：
(1)准确称取5g去离子水置于100mL三口烧瓶中，固定于70℃油浴锅中，通入氮气30min；
(2)称取过硫酸铵0.1976g，溶解于5g去离子水中，获得溶液A；
(3)称取甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵8.308g、甲基丙烯酸二甲氨乙酯1.572g和巯基丙酸0.0988g，溶解于5g去离子水中，获得溶液B；
(4)用蠕动泵将溶液A和溶液B同时向三口烧瓶中滴加，共滴加3h，然后再保温1h，冷却到室温后，即得目标产物阳离子型抗泥剂。
减水率测试：
工业聚羧酸减水剂固掺量在水泥质量的0.1％时，水灰比为0.29时净浆流动度为275mm。
工业聚羧酸减水剂固掺量在水泥质量的0.1％时，钠基蒙脱土含量为水泥质量的1％，水灰比为0.29时净浆流动度为0mm。
工业聚羧酸减水剂固掺量在水泥质量的0.1％时外加0.04％的本实施例得到的阳离子型抗泥剂，钠基蒙脱土含量为水泥质量的1％，水灰比为0.29时净浆流动度为205mm。
实施例3
本实施例的阳离子型抗泥剂中，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和甲基丙烯酸二甲氨乙酯的摩尔比为3:1；引发剂过硫酸铵的质量为单体总质量的2％，调节剂巯基丙酸的质量为单体总质量的1％，在水溶液中发生自由基聚合反应的温度为80℃。
具体制备过程为：
(1)准确称取5g去离子水置于100mL三口烧瓶中，固定于80℃油浴锅中，通入氮气30min；
(2)称取过硫酸铵0.1976g，溶解于5g去离子水中，获得溶液A；
(3)称取甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵8.308g、甲基丙烯酸二甲氨乙酯1.572g和巯基丙酸0.0988g，溶解于5g去离子水中，获得溶液B；
(4)用蠕动泵将溶液A和溶液B同时向三口烧瓶中滴加，共滴加3h，然后再保温1h，冷却到室温后，即得目标产物阳离子型抗泥剂。
减水率测试：
工业聚羧酸减水剂固掺量在水泥质量的0.1％时，水灰比为0.29时净浆流动度为275mm。
工业聚羧酸减水剂固掺量在水泥质量的0.1％时，钠基蒙脱土含量为水泥质量的1％，水灰比为0.29时净浆流动度为0mm。
工业聚羧酸减水剂固掺量在水泥质量的0.1％时外加0.04％的本实施例得到的阳离子型抗泥剂，钠基蒙脱土含量为水泥质量的1％，水灰比为0.29时净浆流动度为225mm。
实施例4
本实施例的阳离子型抗泥剂中，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和甲基丙烯酸二甲氨乙酯的摩尔比为3:1；引发剂过硫酸铵的质量为单体总质量的1％，调节剂巯基丙酸的质量为单体总质量的1％，在水溶液中发生自由基聚合反应的温度为80℃。
具体制备过程为：
(1)准确称取5g去离子水置于100mL三口烧瓶中，固定于80℃油浴锅中，通入氮气30min；
(2)称取过硫酸铵0.0988g，溶解于5g去离子水中，获得溶液A；
(3)称取甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵8.308g、甲基丙烯酸二甲氨乙酯1.572g和巯基丙酸0.0988g，溶解于5g去离子水中，获得溶液B；
(4)用蠕动泵将溶液A和溶液B同时向三口烧瓶中滴加，共滴加3h，然后再保温1h，冷却到室温后，即得目标产物阳离子型抗泥剂。
减水率测试：
工业聚羧酸减水剂固掺量在水泥质量的0.1％时，水灰比为0.29时净浆流动度为275mm。
聚羧酸减水剂固掺量在水泥质量的0.1％时，钠基蒙脱土含量为水泥质量的1％，水灰比为0.29时净浆流动度为0mm。
工业聚羧酸减水剂固掺量在水泥质量的0.1％时外加0.04％的本实施例得到的阳离子型抗泥剂，钠基蒙脱土含量为水泥质量的1％，水灰比为0.29时净浆流动度为243mm。
实施例5
本实施例的阳离子型抗泥剂中，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和甲基丙烯酸二甲氨乙酯的摩尔比为3:1；引发剂过硫酸铵的质量为单体总质量的1％，调节剂巯基丙酸的质量为单体总质量的0.8％，在水溶液中发生自由基聚合反应的温度为80℃。
具体制备过程为：
(1)准确称取5g去离子水置于100mL三口烧瓶中，固定于80℃油浴锅中，通入氮气30min；
(2)称取过硫酸铵0.0988g，溶解于5g去离子水中，获得溶液A；
(3)称取甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵8.308g、甲基丙烯酸二甲氨乙酯1.572g和巯基丙酸0.0790g，溶解于5g去离子水中，获得溶液B；
(4)用蠕动泵将溶液A和溶液B同时向三口烧瓶中滴加，共滴加3h，然后再保温1h，冷却到室温后，即得目标产物阳离子型抗泥剂。
减水率测试：
工业聚羧酸减水剂固掺量在水泥质量的0.1％时，水灰比为0.29时净浆流动度为275mm。
聚羧酸减水剂固掺量在水泥质量的0.1％时，钠基蒙脱土含量为水泥质量的1％，水灰比为0.29时净浆流动度为0mm。
工业聚羧酸减水剂固掺量在水泥质量的0.1％时外加0.04％的本实施例得到的阳离子型抗泥剂，钠基蒙脱土含量为水泥质量的1％，水灰比为0.29时净浆流动度为268mm。
由实施例1、2可以得出甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和甲基丙烯酸二甲氨乙酯单体的摩尔比为3：1时，所制得的阳离子型抗泥剂与聚羧酸减水剂复配具有更好的减水率。这是由于较高摩尔量的阳离子型单体会更有利于吸附到带负电的蒙脱土表面。
由实施例2、3可以得出在聚合反应温度为80℃时，所制得的阳离子型抗泥剂与聚羧酸减水剂复配具有更好的减水率。这是由于过硫酸铵为热引发剂，较高的温度有利于自由基的形成，聚合反应的发生。
由实施例3、4可以得出在引发剂用量为单体质量的1％时，所制得的阳离子型抗泥剂与聚羧酸减水剂复配具有更好的减水率。这是由于过高质量的引发剂会产生更多自由基，使产物为低聚物。
由实施例4、5可以得出在调节剂用量为单体质量的0.8％时，所制得的阳离子型抗泥剂与聚羧酸减水剂复配具有更好的减水率。这是由于过高质量的调节剂会抑制聚合反应的发生，形成低聚物。
由实施例1-5可以得出使用合成的阳离子型抗泥剂和聚羧酸减水剂复配可以大大提升聚羧酸减水剂对黏土的抗性。
本发明的制备方法简单，只需一步完成，反应条件不苛刻，生产成本低，有望大规模工业生产并与聚羧酸减水剂复配使用，应用于砂石骨料含有黏土的混凝土工程中。

Claims (6)

1.一种阳离子型抗泥剂，其特征在于：所述阳离子型抗泥剂是以过硫酸铵为引发剂、以巯基丙酸为调节剂，让阳离子单体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和具有疏水性的单体甲基丙烯酸二甲氨乙酯，在水溶液中发生自由基聚合反应获得。
2.根据权利要求1所述的阳离子型抗泥剂，其特征在于：所述甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和所述甲基丙烯酸二甲氨乙酯的摩尔比为1:1～3:1；引发剂过硫酸铵的质量为单体总质量的1％～2％，调节剂巯基丙酸的质量为单体总质量的0.8％～1％。
3.根据权利要求2所述的阳离子型抗泥剂，其特征在于：所述甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和所述甲基丙烯酸二甲氨乙酯的摩尔比为3:1；引发剂过硫酸铵的质量为单体总质量的1％，调节剂巯基丙酸的质量为单体总质量的0.8％。
4.根据权利要求1所述的阳离子型抗泥剂，其特征在于：在水溶液中发生自由基聚合反应的温度为80℃。
5.一种权利要求1～4中任意一项所述阳离子型抗泥剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)准确称取5g去离子水置于100mL三口烧瓶中，固定于80℃油浴锅中，通入氮气30min；
(2)称取过硫酸铵0.0868g～0.0988g，溶解于5g去离子水中，获得溶液A；
(3)称取甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵2.769g～8.308g、甲基丙烯酸二甲氨乙酯1.572g和巯基丙酸0.0434g～0.0988g，溶解于5g去离子水中，获得溶液B；
(4)用蠕动泵将溶液A和溶液B同时向三口烧瓶中滴加，共滴加3h，然后再保温1h，冷却到室温后，即得目标产物阳离子型抗泥剂。
6.根据权利要求5所述的阳离子型抗泥剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)准确称取5g去离子水置于100mL三口烧瓶中，固定于80℃油浴锅中，通入氮气30min；
(2)称取过硫酸铵0.0988g，溶解于5g去离子水中，获得溶液A；
(3)称取甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵8.308g、甲基丙烯酸二甲氨乙酯1.572g和巯基丙酸0.0790g，溶解于5g去离子水中，获得溶液B；
(4)用蠕动泵将溶液A和溶液B同时向三口烧瓶中滴加，共滴加3h，然后再保温1h，冷却到室温后，即得目标产物阳离子型抗泥剂。
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