CN106366254A - 一种基于乙二醇乙烯基醚聚氧乙烯醚与丙烯酸共聚物及其制备方法和应用 - Google Patents

一种基于乙二醇乙烯基醚聚氧乙烯醚与丙烯酸共聚物及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及化学建材领域，具体涉及一种基于乙二醇乙烯基醚聚氧乙烯醚与丙烯酸共聚物及其制备方法和应用，包括以下原料：乙二醇乙烯基醚聚氧乙烯醚、丙烯酸、链转移剂、还原剂和氧化剂；制备方法：S1.将乙二醇乙烯基醚聚氧乙烯醚与200~350重量份水混合溶解均匀；S2.将丙烯酸、链转移剂和10~150重量份水混合溶解均匀，得到A料，将还原剂和10~100重量份水混合溶解均匀，得到B料；S3.将氧化剂加入反应器中，然后同时向反应器中滴加A料和B料，滴加A料1 h~5h，滴加B料1.5 h~5.5h，保温0.5h~5h；S4.调整pH值至4~8，得到产物。本发明基于乙二醇乙烯基醚聚氧乙烯醚与丙烯酸共聚物分散性强，制备成本低廉，制备工艺简单，可以作为混凝土减水剂应用于建材技术领域。

Description

一种基于乙二醇乙烯基醚聚氧乙烯醚与丙烯酸共聚物及其制 备方法和应用
技术领域
本发明涉及化学建材领域，具体涉及一种基于乙二醇乙烯基醚聚氧乙烯醚与丙烯酸共聚物及其制备方法和应用。
背景技术
聚羧酸减水剂是用于生产混凝土的添加剂，是继木钙为代表的普通减水剂、以萘系为代表的高效减水剂之后发展起来的第三代高性能减水剂，具有减水率高、坍落度损失小、混凝土耐久性好、生产工艺环保等诸多优点，因此聚羧酸减水剂是目前综合性能最好的一种减水剂。
聚羧酸减水剂性能的优劣主要取决于共聚物的分子量、分子量分布和链段序列分布，通常分子量和分子量分布可以通过调整单体之间的摩尔比、聚合浓度、聚合温度、引发剂用量、链转移剂用量等来实现，而链段序列分布主要受到单体之间竞聚率的影响。
目前市面上常用的大单体主要有烯丙醇聚氧乙烯醚(以下简称APEG)、甲基烯丙醇聚氧乙烯醚(以下简称HPEG)、甲基烯丁基聚氧乙烯醚(以下简称TPEG)和羟丁基乙烯基醚聚氧乙烯醚(以下简称VPEG)。其中APEG、HPEG和TPEG与丙烯酸之间的活性差异大，并不能很好地共聚，共聚物链段序列分布并不理想，分散性能有限。VPEG的活性较高，可以与丙烯酸更好地共聚，共聚物链锻序列分布更理想，性能更好，但VPEG价格太高，限制了VPEG型聚羧酸减水剂的推广。
专利CN200980149317.9公布了VPEG与丙烯酸共聚合成VPEG型聚羧酸减水剂的制备方法。但该制备方法需要在聚合过程中控制溶液的PH值，同时要求丙烯酸水溶液采用变速滴加的方式加入反应器内，存在工艺复杂、不利于工业化的缺点。
为克服上述现有技术中存在聚合物分散性能有限、成本高、工艺复杂等不足之处，本发明的发明人提供一种基于乙二醇乙烯基醚聚氧乙烯醚(以下简称EPEG)与丙烯酸共聚物的制备方法及其应用在混凝土减水剂中的用途。
发明内容
本发明的目的在于解决以上技术问题，提供一种基于乙二醇乙烯基醚聚氧乙烯醚与丙烯酸共聚物及其制备方法和应用，本发明基于乙二醇乙烯基醚聚氧乙烯醚与丙烯酸共聚物分散性强，制备成本低廉，制备工艺简单，可以作为混凝土减水剂应用于建材技术领域。
为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：
一种基于乙二醇乙烯基醚聚氧乙烯醚与丙烯酸共聚物，包括以下原料以重量份计：
进一步地，所述乙二醇乙烯基醚聚氧乙烯醚分子结构通式为：CH2＝CH-O-CH2-CH2-O-(CH2-CH2-O)n-H，其中，n为10～200。
更进一步地，所述乙二醇乙烯基醚聚氧乙烯醚由以下方法制备而成：
S1.反应容器中加入乙二醇乙烯基醚和碱性催化剂，升温至60℃～100℃时氮气置换，抽真空至压力为-0.01MPa～-0.098MPa；
S2.控制反应温度和压力，连续加入环氧乙烷，环氧乙烷加完继续反应至压力不再降低；
S3.调节反应体系的pH值至6～10，制得乙二醇乙烯基醚聚氧乙烯醚。
进一步地，所述丙烯酸的用量太大，共聚物的分散保持能力变差；丙烯酸用量太少，共聚物的分散能力变差。因此丙烯酸用量为25～55份，优选丙烯酸用量为30～50份。
进一步地，所述链转移剂为巯基乙醇、巯基乙酸、巯基丙酸、次磷酸、次磷酸钠和亚硫酸氢钠中任一种。链转移剂的用量太多，共聚物分子量太小导致分散和分散保持能力差；链转移剂的用量太少，共聚物分子量太大导致分散和分散保持能力差。因此链转移剂的用量为0.5～5份，优选链转移剂的用量为1～4份。
进一步地，所述还原剂为L-抗坏血酸、甲醛合亚硫酸氢钠、硫代硫酸钠、亚硫酸钠中任一种。
更进一步地，所述还原剂为L-抗坏血酸或甲醛合亚硫酸氢钠。还原剂用量太多自由基产生太多影响共聚物分子量分布，导致共聚物分散和分散保持能力变差；还原剂用量太少自由基产生太少EPEG转化率太低，导致共聚物分散和分散保持能力变差。因此还原剂的用量为0.3～3份，优选还原剂的用量为0.5～2.5份。
进一步地，所述氧化剂为过氧化氢、过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠和叔丁基过氧化氢中的一种或两种。氧化剂用量太多自由基产生太多影响共聚物分子量分布，导致共聚物分散和分散保持能力变差；氧化剂用量太少自由基产生太少EPEG转化率太低，导致共聚物分散和分散保持能力变差。因此氧化剂的用量为1～10份，优选氧化剂的用量为1.5～8.5份，特别优选氧化剂的用量为2～5.5份。
上述基于乙二醇乙烯基醚聚氧乙烯醚与丙烯酸共聚物的制备方法，包括以下步骤：
S1.在10℃～20℃下，将乙二醇乙烯基醚聚氧乙烯醚与200～350重量份水混合溶解均匀；
S2.将丙烯酸、链转移剂和10～150重量份水混合溶解均匀，得到A料，将还原剂和10～100重量份水混合溶解均匀，得到B料；
S3.将氧化剂加入反应器中，然后在10℃～45℃下，同时向反应器中滴加A料和B料，滴加A料1h～5h，滴加B料1.5h～5.5h，保温0.5h～5h；
S4.调整pH值至4～8，得到基于乙二醇乙烯基醚聚氧乙烯醚与丙烯酸共聚物。
进一步地，所述步骤S1、S2和S3中水为自来水、去离子水、软水、地下水中任一种。
更进一步地，所述步骤S1、S2和S3中水为去离子水。
进一步地，所述步骤S4中调整pH值至5～7。
更进一步地，所述调整pH值通过滴加碱液进行。
上述基于乙二醇乙烯基醚聚氧乙烯醚与丙烯酸共聚物的应用，作为混凝土减水剂应用于建材领域。
本发明一种基于乙二醇乙烯基醚聚氧乙烯醚与丙烯酸共聚物及其制备方法和应用，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：本发明基于乙二醇乙烯基醚聚氧乙烯醚与丙烯酸共聚物分散性强，制备成本低廉，制备工艺简单，可以作为混凝土减水剂应用于建材技术领域，为现有的混凝土减水剂增加了一种选择，对促进混凝土减水剂的应用发展具有重要意义。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。
实施例1
反应器内加入1000kg乙二醇乙烯基醚，开启反应器，加入43.6kg氢化钠，升温至85℃时，氮气置换三次，抽真空至压力为-0.095MPa，密闭反应器。控制温度为110℃～120℃，压力为0.06MPa～0.3MPa，连续加入26300kg环氧乙烷，环氧乙烷加完后反应至压力不再降低。加入醋酸调整PH值至7.5，得到分子量为2400的乙二醇乙烯基醚聚氧乙烯醚。
在反应器中，加入360g乙二醇乙烯基醚聚氧乙烯醚(分子量2400)和320g去离子水，控制溶解温度10℃～20℃，搅拌成均匀水溶液。配制A料：将100g去离子水、40g丙烯酸、2.5g巯基丙酸加入A计量槽，搅拌成均匀水溶液。配制B料：将50g去离子水、0.5gL-抗坏血酸加入B计量槽，搅拌成均匀水溶液。往反应器中加入2.0g过氧化氢后，开始同时滴加A料和B料，A料滴加2.5h、B料滴加3h，控制温度10℃～45℃，保温1h。往反应器中加入30％氢氧化钠，调整PH至6.5，得到共聚物1。
实施例2
在反应器中，加入360g乙二醇乙烯基醚聚氧乙烯醚(分子量1200)和300g去离子水，控制溶解温度10℃～20℃，搅拌成均匀水溶液。配制A料：将100g去离子水、46g丙烯酸、2.8g巯基乙酸加入A计量槽，搅拌成均匀水溶液。配制B料：将50g去离子水、0.75gL-抗坏血酸加入B计量槽，搅拌成均匀水溶液。往反应器中加入1.5g过硫酸钠和1.0g过硫酸钾后，开始同时滴加A料和B料，A料滴加3.0h、B料滴加3.5h，控制温度10℃～45℃，保温1.5h。往反应器中加入30％氢氧化钠，调整PH至6.3，得到共聚物2。
实施例3
在反应器中，加入360g乙二醇乙烯基醚聚氧乙烯醚(分子量2400)和280g去离子水，控制溶解温度10℃～20℃，搅拌成均匀水溶液。配制A料：将100g去离子水、44g丙烯酸、2.0g次磷酸钠加入A计量槽，搅拌成均匀水溶液。配制B料：将50g去离子水、1.2g甲醛合亚硫酸氢钠加入B计量槽，搅拌成均匀水溶液。往反应器中加入2g叔丁基过氧化氢后，开始同时滴加A料和B料，A料滴加3.5h、B料滴加4h，控制温度10℃～45℃，保温1h。往反应器中加入30％氢氧化钠，调整PH至6.0，得到共聚物3。
实施例4
在反应器中，加入360g乙二醇乙烯基醚聚氧乙烯醚(分子量5000)和320g去离子水，控制溶解温度10℃～20℃，搅拌成均匀水溶液。配制A料：将120g去离子水、35g丙烯酸、1.8g亚硫酸氢钠加入A计量槽，搅拌成均匀水溶液。配制B料：将80g去离子水、0.6g亚硫酸钠加入B计量槽，搅拌成均匀水溶液。往反应器中加入2.5g过氧化氢后，开始同时滴加A料和B料，A料滴加3.0h、B料滴加3.5h，控制温度10℃～45℃，保温1h。往反应器中加入30％氢氧化钠，调整PH至6.6，得到共聚物4。
实施例5
在反应器中，加入360g乙二醇乙烯基醚聚氧乙烯醚(分子量2400)和300g去离子水，控制溶解温度10℃～20℃，搅拌成均匀水溶液。配制A料：将100g去离子水、48g丙烯酸、2.3g次磷酸加入A计量槽，搅拌成均匀水溶液。配制B料：将60g去离子水、0.5g硫代硫酸钠加入B计量槽，搅拌成均匀水溶液。往反应器中加入1.5g过氧化氢、1g过硫酸铵后，开始同时滴加A料和B料，A料滴加4.0h、B料滴加4.5h，控制温度10℃～45℃，保温2h。往反应器中加入30％氢氧化钠，调整PH至6.2，得到共聚物5。
对比例1
参照专利CN200980149317.9合成实施例2合成共聚物6。
对比例2
参照实施例1，使用APEG(分子量2400)代替EPEG合成共聚物7。
对比例3
参照实施例1，使用HPEG(分子量2400)代替EPEG合成共聚物8。
对比例4
参照实施例1，使用TPEG(分子量2400)代替EPEG合成共聚物9。
应用试验
参照GB 8076-2008《混凝土外加剂》中按高性能减水剂的技术要求测试掺入共聚物的混凝土性能。配合比：水泥用量360kg/m3，砂率45％，共聚物掺量1.0％(含固量稀释成10％)。
材料如下：
水泥：峨胜P.O 42.5R，机制砂：细度模数2.7；碎石：5mm～20mm，间断级配，10mm～20mm占60％。
通过调整用水量，控制混凝土初始坍落度在210±10mm，测试实施例1～5和对比例1～4的1h坍落度、扩展度，判断共聚物的减水率和工作性保持能力，测试结果如表1。
表1减水率、1h坍落度和扩展度的检测表
本发明的实施例1～5与对比例1～4相比较，本发明的基于乙二醇乙烯基醚聚氧乙烯醚与丙烯酸共聚物具有减水率高、混凝土工作性保持能力好的优点。
综上，本发明基于乙二醇乙烯基醚聚氧乙烯醚与丙烯酸共聚物的制备方法，具有分散性能好、成本低、工艺简单等优点。

Claims (10)

1.一种基于乙二醇乙烯基醚聚氧乙烯醚与丙烯酸共聚物，其特征在于，包括以下原料以重量份计：
乙二醇乙烯基醚聚氧乙烯醚 360份，
丙烯酸 25~55份，
链转移剂 0.5~5份，
还原剂 0.3~3份，
氧化剂 1~10份。
2.根据权利要求1所述的一种基于乙二醇乙烯基醚聚氧乙烯醚与丙烯酸共聚物，其特征在于，所述乙二醇乙烯基醚聚氧乙烯醚分子结构通式为： CH2=CH-O-CH2-CH2-O-(CH2-CH2-O)n-H，其中，n为10~200。
3.根据权利要求2所述的一种基于乙二醇乙烯基醚聚氧乙烯醚与丙烯酸共聚物，其特征在于，所述乙二醇乙烯基醚聚氧乙烯醚由以下方法制备而成：
S1. 反应容器中加入乙二醇乙烯基醚和碱性催化剂，升温至60℃～100℃时氮气置换，抽真空至压力为-0.01 MPa～-0.098MPa；
S2. 控制反应温度和压力，连续加入环氧乙烷，环氧乙烷加完继续反应至压力不再降低；
S3. 调节反应体系的pH值至6～10，制得乙二醇乙烯基醚聚氧乙烯醚。
4.根据权利要求1所述的一种基于乙二醇乙烯基醚聚氧乙烯醚与丙烯酸共聚物，其特征在于，所述链转移剂为巯基乙醇、巯基乙酸、巯基丙酸、次磷酸、次磷酸钠和亚硫酸氢钠中任一种。
5.根据权利要求1所述的一种基于乙二醇乙烯基醚聚氧乙烯醚与丙烯酸共聚物，其特征在于，所述还原剂为L-抗坏血酸、甲醛合亚硫酸氢钠、硫代硫酸钠、亚硫酸钠中任一种。
6.根据权利要求1所述的一种基于乙二醇乙烯基醚聚氧乙烯醚与丙烯酸共聚物，其特征在于，所述氧化剂为过氧化氢、过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠和叔丁基过氧化氢中的一种或两种。
7.一种如权利要求1所述基于乙二醇乙烯基醚聚氧乙烯醚与丙烯酸共聚物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.在10℃~20℃下，将乙二醇乙烯基醚聚氧乙烯醚与200~350重量份水混合溶解均匀；
S2.将丙烯酸、链转移剂和10~150重量份水混合溶解均匀，得到A料，将还原剂和10~100重量份水混合溶解均匀，得到B料；
S3.将氧化剂加入反应器中，然后在10℃~45℃下，同时向反应器中滴加A料和B料，滴加A料1 h ~5h，滴加B料1.5 h ~5.5h，保温0.5 h ~5h；
S4.调整pH值至4~8，得到基于乙二醇乙烯基醚聚氧乙烯醚与丙烯酸共聚物。
8.根据权利要求7所述的一种基于乙二醇乙烯基醚聚氧乙烯醚与丙烯酸共聚物的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中调整pH值至5~7。
9.根据权利要求7或8所述的一种基于乙二醇乙烯基醚聚氧乙烯醚与丙烯酸共聚物的制备方法，其特征在于，所述调整pH值通过滴加碱液进行。
10.一种如权利要求1所述基于乙二醇乙烯基醚聚氧乙烯醚与丙烯酸共聚物的应用，其特征在于，作为混凝土减水剂应用于建材领域。
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