CN106543382B - 一种固片状聚羧酸减水剂及其聚合制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种固片状聚羧酸减水剂及其聚合制备方法，具体步骤如下：将850‑890份聚醚大单体置于反应釜内，不添加水及任何有机溶剂，加热至65‑75℃；搅拌直至聚醚大单体溶解完全，稳定温度为65‑75℃，一次性投入5‑10份弱链转移剂、2.5‑5.0份有机过氧类引发剂、7.5‑12.5份不饱和二元羧酸和25‑40份丙烯酸；一次性加入上述物料后，开始滴加50‑80份丙烯酸和1.2‑3.5份强链转移剂的混合溶液，滴加过程分两次投入偶氮类引发剂；滴加完毕后，熟化1‑2h，加入7.5‑16.0份中和剂，搅拌均匀，冷却后切片，即得成品。该固片状聚羧酸减水剂，便于储存，长距离运输物流费用低，完全水溶，适合于水泥基胶凝材料用土木工程。
Description
技术领域
本发明涉及一种水泥基胶凝材料用聚羧酸减水剂，适应于外加剂母液储存和销售-生产区域运距过远的情况，具体涉及一种固片状聚羧酸减水剂及其聚合制备方法。
背景技术
目前聚羧酸系减水剂制备以液体为主，母液固含量在35-60％范围内，长距离运输的成本限制生产企业的经营区域。市场上聚羧酸减水剂也有少量的粉体存在，主要是通过对液体聚羧酸减水剂加热喷雾干燥所得，由于其应用领域多为干法砂浆、压浆剂、自流平砂浆等特种工程。为保证砂浆的和易性，通常外掺助剂来调整砂浆和易性和粉剂成本，其减水率和价格已不适用于一般商砼混凝土工程需要。开发无需加热喷雾的固体聚羧酸产品，是降低运输成本和推广聚羧酸减水剂在各地广泛使用的重要条件，其固体状态也不拘泥于粉状，具备良好的水溶性即可。
CN 102993387 A公开了一步直接合成纯固体聚羧酸高性能减水剂的方法，以丙烯酸类化合物和不饱和聚氧乙烯醚为聚合反应单体，加入分子量调节剂，在引发剂的作用下于无任何溶剂的环境下通过自由基本体聚合反应制得。本发明过程可控性强、聚合度高、成本低廉、环保无污染，通过本体聚合实现了完全无水的纯固体聚羧酸高性能减水剂的制备，不但具有与普通溶液聚合制备的聚羧酸减水剂相近的水泥净浆流动度及保持能力、水泥适应性、混凝土应用性能，同时由于直接聚合的产品为无水纯固体，可根据实际需要配制任意浓度溶液。
CN 105061690 A公开了一种高减水型固体聚羧酸高性能减水剂的制备方法，具体步骤如下：将两种不同分子量的不饱和聚氧乙烯醚组合大单体加热熔融后，在引发剂作用下滴加不饱和羧酸类小单体、不饱和酰胺类小单体和链转移剂的混合液，通过自基本体聚合反应制得，反应完成后采用中和剂调整pH为5-6，冷却后经过粉磨为固体颗粒状。
CN 104628969 A公开了一种缓释型固体聚羧酸减水剂的制备方法，先利用胺类有机小分子将含有不饱和双键的羧酸类小单体进行预处理；然后将上述预处理过的不饱和丙烯酸类小单体和不饱和聚氧乙烯醚大单体加热熔融后，在引发剂和链转移剂作用下滴加不饱和酯类小单体，反应过程置于无水无有机溶剂的环境中通过本体聚合反应制得。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种固片状聚羧酸减水剂，由下述各组分聚合而成，原料总质量为1000份，各组分包括：
聚醚大单体：850-890；
不饱和二元羧酸：7.5-12.5；
丙烯酸：75~120；
过氧化物类引发剂：2.5~5.0；
偶氮类引发剂：2.0-6.0；
强链转移剂：1.2-3.5；
弱链转移剂：5-10；
中和剂：7.5-16.0。
所述聚醚大单体为烯丙基聚氧乙烯醚、甲基烯丙基聚氧乙烯醚、异戊烯醇聚氧乙烯醚、乙烯基丁基醚聚氧乙烯醚的一种或几种组成；鉴于合成体系无水无溶剂，粘度较大，有必要选用高反应活性的聚醚大单体，优选为异戊烯醇聚氧乙烯醚、乙烯基丁基醚聚氧乙烯醚的一种或两种组成；
所述的聚醚大单体从保坍性的角度上判断，优选为异戊烯醇聚氧乙烯醚；
所述的不饱和二元羧酸为衣康酸、富马酸的一种或两种组成；
所述的过氧化物类引发剂为异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢、过氧化二异丙苯、过氧化二叔丁基、过氧化二苯甲酰、过氧化十二酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化叔戊酸叔丁酯、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化二碳酸二环己酯的一种或几种组成；所述的有机过氧类引发剂优选为合成温度65-75℃时半衰期为1h的过氧化十二酰、过氧化叔戊酸叔丁酯、过氧化二碳酸二环己酯的一种或几种组成；
所述的偶氮类引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮异丁氰基甲酰胺、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐、偶氮二异丁脒盐酸盐的一种或几种组成；所述的偶氮类引发剂优选为油性偶氮类引发剂，即偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮异丁氰基甲酰胺的一种或几种组成；
所述的强链转移剂为脂肪族硫醇、十二烷基硫醇、二硫酯、巯基丙酸、巯基乙酸、巯基乙醇、巯基丙醇的一种或几种组成；所述的强链转移剂优选为油性或醇类链转移剂，即脂肪族硫醇、十二烷基硫醇、二硫酯、巯基乙醇、巯基丙醇的一种或几种组成；
所述的弱链转移剂为乙烯基磺酸钠、丙烯基磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠、苯乙烯磺酸钠、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、次磷酸钠、甲酸钠、三聚磷酸钠的一种或几种组成；所述的弱链转移剂优选为反应活性较强的不饱和磺酸类小单体和磷酸类链转移剂的两类组合物，即乙烯基磺酸钠、丙烯基磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠的一种和次磷酸钠、三聚磷酸钠的一种的两种组合物；
所述的中和剂为氢氧化钠、氢氧化钾、三乙醇胺、二乙醇胺、三异丙醇胺、二异丙醇胺、一异丙醇胺的一种或几种组成；鉴于氢氧化钠、氢氧化钾溶解不易，三乙醇胺、二乙醇胺激发C3A矿物水化导致吸附减水剂，所述的中和剂优选为三异丙醇胺、二异丙醇胺、一异丙醇胺的一种或几种组成。
本发明的固片状聚羧酸减水剂的聚合制备方法，包括如下操作步骤：
(1) 将聚醚大单体置于反应容器中，加热至65-75℃；搅拌，直至溶液无明显块状或片状物料；
(2) 将弱链转移剂、有机过氧类引发剂、不饱和二元羧酸和三分之一量的丙烯酸加入已融化的聚醚大单体中；
(3) 开始滴加强链转移剂和三分之二量的丙烯酸的混合溶液，滴加时间为a小时；当滴加a/3小时后，一次性投入二分之一量的偶氮类引发剂；当滴加2a/3小时后，一次性投入剩余二分之一量的偶氮类引发剂；
(4) 滴加完毕后，熟化1-2h，冷却到30℃，加入中和剂，搅拌均匀，冷却后切片，即得成品。
所述的滴加时间a为2-4h。
本发明的有益效果是：
1. 丙烯酸先投工艺，确保底料的pH值处于弱酸性范围，弱酸性环境可以提高引发剂的转化率。将65~75℃半衰期在1h的强引发剂-有机过氧类引发剂作为底料中丙烯酸和不饱和二元羧酸的初始阶段的引发，在合成中后阶段，分二次补充稳定无诱导分解偶氮类引发剂，尽可能弥补高粘度环境下聚合物对引发剂的笼蔽效应伴副反应；引发剂的多元复合引发和交替补充引发是确保该高粘度无水无溶剂下聚合反应的高转化率。
2. 同等锚固吸附能力下，合成配比设计中不饱和二元羧酸小单体质量比不饱和一元羧酸小单体的质量小，合成短支链的锚固接触点三维化，且聚醚大单体用量设计可偏大，支链密度相对更高，保坍性更佳；介于高温度高粘度聚合反应中，丙烯酸容易自聚，在底料中加入弱链转移剂，且滴加过程中同步匹配强链转移剂，结合引发剂的多元设计，杜绝丙烯酸自聚或聚羧酸分子主链过长的可能性。
具体实施方式
下面通过实例对本发明进行进一步的阐述，下述说明仅为了解释本发明，并不对内容进行限定。
实施例1
一种固片状聚羧酸减水剂本体，该减水剂由下述各组分聚合而成，原料总质量为1000份，各组分及工艺参数如下：
将855份烯丙基聚氧乙烯醚置于反应容器中，不添加水及任何有机溶剂，加热至65℃；缓慢搅拌，控制转速为15 rpm/min，直至溶液无明显块状或片状物料；
直至烯丙基聚氧乙烯醚溶解完全，加快搅拌转速至85 rpm/min，并持续搅拌；
将3份乙烯基磺酸钠、2份次磷酸钠、2.5份过氧化十二酰、8份衣康酸和38份丙烯酸置于已融化的聚醚大单体中；
一次性加入上述物料后，开始滴加76份丙烯酸和3.5份十二烷基硫醇的混合溶液，滴加时间为3小时；当滴加1小时后，一次性投入2份偶氮异丁氰基甲酰胺；当滴加2小时后，再一次性投入2份偶氮异丁氰基甲酰胺；
滴加完毕后，熟化1h，冷却到30℃，缓慢加入8份三异丙醇胺，搅拌均匀，随后，冷却后切片，即得成品。
实施例2
一种固片状聚羧酸减水剂，该减水剂由下述各组分聚合而成，原料总质量为1000份，各组分及工艺参数如下：
将880份异戊烯醇聚氧乙烯醚置于反应容器中，不添加水及任何有机溶剂，加热至70℃；缓慢搅拌，控制转速为20 rpm/min，直至溶液无明显块状或片状物料；
直至异戊烯醇聚氧乙烯醚溶解完全，加快搅拌转速至90 rpm/min，并持续搅拌；
将3.5份丙烯基磺酸钠、3份次磷酸钠、3.5份过氧化叔戊酸叔丁酯、10份富马酸和26.67份丙烯酸置于已融化的聚醚大单体中；
一次性加入上述物料后，开始滴加53.33份丙烯酸和5.0份巯基乙醇的混合溶液，滴加时间为2.5小时；当滴加2.5/3小时后，一次性投入1.5份偶氮二异丁腈；当滴加5/3小时后，再一次性投入1.5份偶氮二异丁腈；
滴加完毕后，熟化2h，冷却到30℃，缓慢加入12份二异丙醇胺，搅拌均匀，随后，冷却后切片，即得成品。
实施例3
一种固片状聚羧酸减水剂本体，该减水剂由下述各组分聚合而成，原料总质量为1000份，各组分及工艺参数如下：
将886份乙烯基丁基醚聚氧乙烯醚置于反应容器中，不添加水及任何有机溶剂，加热至75℃；缓慢搅拌，控制转速为30rpm/min，直至溶液无明显块状或片状物料；
直至乙烯基丁基醚聚氧乙烯溶解完全，加快搅拌转速至100rpm/min，并持续搅拌；
将4份甲基丙烯磺酸钠、4.5份三聚磷酸钠、4.5份过氧化二碳酸二环己酯、8.5份富马酸和25份丙烯酸置于已融化的聚醚大单体中；
一次性加入上述物料后，开始滴加50份丙烯酸和4.5份巯基丙醇的混合溶液，滴加时间为4小时；当滴加4/3小时后，一次性投入2.5份偶氮二异丁酸二甲酯；当滴加8/3小时后，再一次性投入2.5份偶氮二异丁酸二甲酯；
滴加完毕后，熟化1.5h，冷却到30℃，缓慢加入8份一异丙醇胺，搅拌均匀，随后，冷却后切片，即得成品。
将实施例1，2，3配方和工艺制备的固片状聚羧酸减水剂和水按4：6的比例溶于水，确定其水溶性较好。
分别测试上述实例1，2，3的固片状聚羧酸减水剂与普通聚羧酸减水剂母液同等浓度下的水泥净浆初始流动性、经时流动性和混凝土初始坍落度/扩展度和经时坍落度/扩展度。实验所用水泥为华新42.5普硅水泥，参考GB/8076-2008《混凝土外加剂》测试标准。
不同减水剂对水泥净浆流动影响
| 减水剂种类 | 初始流动性mm | 1h流动性mm |
| 普通减水剂 | 240 | 205 |
| 实施例1 | 235 | 245 |
| 实施例2 | 225 | 250 |
| 实施例3 | 230 | 255 |
不同减水剂对混凝土流动性影响
| 减水剂种类 | 初始坍落度/扩展度mm | 经时坍落度/扩展度mm |
| 普通减水剂 | 190/525 | 160/420 |
| 实施例1 | 200/530 | 180/460 |
| 实施例2 | 205/525 | 185/455 |
| 实施例3 | 200/530 | 190/480 |
根据上述初始流动性、经时流动性和混凝土初始及经时流动性比较，固片状聚羧酸减水剂实施例1、2、3的净浆初始流动性均较普通减水剂母液略差点，但保坍性较好；混凝土流动性数据对比，实施例1，2，3的初始和经时流动性较普通的都略好，尤其是保坍性能；整体数据说明该固片状聚羧酸减水剂配方和制备工艺成熟可靠，高粘度反应环境中，转化率高，与现阶段液体40%减水剂母液性能趋于一致，保坍性更佳。
Claims (7)
1.一种固片状聚羧酸减水剂的聚合制备方法，所述固片状聚羧酸减水剂，由下述各组分聚合而成，原料总质量为1000份，各组分包括：
聚醚大单体：850-890；
不饱和二元羧酸：7.5-12.5；
丙烯酸：75～120；
有机过氧类引发剂：2.5～5.0；
偶氮类引发剂：2.0-6.0；
强链转移剂：1.2-3.5；
弱链转移剂：5-10；
中和剂：7.5-16.0；
所述聚醚大单体为烯丙基聚氧乙烯醚、甲基烯丙基聚氧乙烯醚、异戊烯醇聚氧乙烯醚、乙烯基丁基醚聚氧乙烯醚的一种或几种组成；
所述的不饱和二元羧酸为衣康酸、富马酸的一种或两种组成；
其特征在于，所述制备方法依次包括如下操作步骤：
(1)将聚醚大单体置于反应容器中，加热至65-75℃；搅拌，直至溶液无明显块状或片状物料；
(2)将弱链转移剂、有机过氧类引发剂、不饱和二元羧酸和三分之一量的丙烯酸加入已融化的聚醚大单体中；
(3)开始滴加强链转移剂和三分之二量的丙烯酸的混合溶液，滴加时间为a小时；当滴加a/3小时后，一次性投入二分之一量的偶氮类引发剂；当滴加2a/3小时后，一次性投入剩余二分之一量的偶氮类引发剂；
(4)滴加完毕后，熟化1-2h，冷却到30℃，加入中和剂，搅拌均匀，冷却后切片，即得成品。
2.根据权利要求1所述的聚合制备方法，其特征在于，所述的有机过氧类引发剂为异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢、过氧化二异丙苯、过氧化二叔丁基、过氧化二苯甲酰、过氧化十二酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化叔戊酸叔丁酯、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化二碳酸二环己酯的一种或几种组成。
3.根据权利要求1所述的聚合制备方法，其特征在于，所述的偶氮类引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮异丁氰基甲酰胺、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐、偶氮二异丁脒盐酸盐的一种或几种组成。
4.根据权利要求1所述的聚合制备方法，其特征在于，所述的强链转移剂为十二烷基硫醇、二硫酯、巯基丙酸、巯基乙酸、巯基乙醇、巯基丙醇的一种或几种组成。
5.根据权利要求1所述的聚合制备方法，其特征在于，所述的弱链转移剂为乙烯基磺酸钠、丙烯基磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠、苯乙烯磺酸钠、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、次磷酸钠、甲酸钠、三聚磷酸钠的一种或几种组成。
6.根据权利要求1所述的聚合制备方法，其特征在于，所述的中和剂为氢氧化钠、氢氧化钾、三乙醇胺、二乙醇胺、三异丙醇胺、二异丙醇胺、一异丙醇胺的一种或几种组成。
7.根据权利要求1所述的聚合制备方法，所述的滴加时间a为2-4h。
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| CN102993387A (zh) * | 2012-09-13 | 2013-03-27 | 北京工业大学 | 一步直接合成纯固体聚羧酸高性能减水剂的方法 |
| CN105061690A (zh) * | 2015-07-22 | 2015-11-18 | 江苏奥莱特新材料有限公司 | 一种高减水型固体聚羧酸高性能减水剂的制备方法 |
| CN105061689A (zh) * | 2015-07-17 | 2015-11-18 | 北京市建筑工程研究院有限责任公司 | 一种粉状聚羧酸高性能减水剂的制备方法 |
| CN105801764A (zh) * | 2016-02-25 | 2016-07-27 | 南京师范大学 | 全固体高性能聚羧酸减水剂的制备方法 |
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2016
- 2016-12-07 CN CN201611116664.XA patent/CN106543382B/zh active Active
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 新型固体聚羧酸高效减水剂的研制;张智等;《武汉工程大学学报》;20130731;第35卷(第7期);第60-65页 * |
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