CN107056993A - 一种绿色环保高性能聚羧酸减水剂及其合成方法 - Google Patents

一种绿色环保高性能聚羧酸减水剂及其合成方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种绿色环保高性能聚羧酸减水剂及其合成方法。该发明中减水剂合成方法如下：将聚醚大单体A1、不饱和羧酸或酸酐单体A2、不饱和磺酸单体A3，在还原剂以及分子量调节剂的作用，得到共聚产物，用氢氧化钠溶液调节pH至6～7，得到高性能聚羧酸减水剂。该方法合成的高性能聚羧酸减水剂在混凝土的应用中具有高减水，保坍性好、适应性强、和易性好的特点；同时该合成工艺简单、绿色环保、能耗低、易于操作、重复性好。

Description

一种绿色环保高性能聚羧酸减水剂及其合成方法
技术领域
本发明属于减水剂领域，涉及一种聚羧酸减水剂，具体涉及一种高性能聚羧酸减水剂及其合成方法。
背景技术
聚羧酸减水剂是一种具有梳型结构的水溶性聚合物，由于其分子结构可设计性和优越的应用性使其在混凝土建筑行业备受关注，是当前高分子应用领域的一个热点。通过改变聚羧酸减水剂合成工艺的单体种类、配比、引发体系、聚合温度，在聚合物分子中引入多种、不同比例的功能基团，来实现其在混凝土应用中减水性、保坍性、适应性、和易性等性能的调整。从聚羧酸减水剂的发展至今，主要分为两种酯型和醚型，由于醚型工艺简单、生产周期短、成本低、产品减水率高，但是其保坍型和适应性有待提高。
专利CN101792282A公开了一种聚羧酸减水剂的制备方法，制备的聚羧酸减水剂具有较高的减水剂率，但是需要在高温条件下聚合，工艺能耗高，条件不易控制，合成过程中综合成本高。专利CN104530325A公布了一种适应性好、保坍性好的醚类聚羧酸减水剂的制备方法，但是该减水剂掺量高，综合成本高。
发明内容
本发明针对现有的聚羧酸减水剂减水率、保坍性、适应性、以及合和工艺能耗、操作简易性等方面的问题与不足，提出了一种绿色环保、减水率高、保坍性好、适应性强、工艺简单的的聚羧酸减水剂及其合成方法。
本发明所要解决的第一个技术问题是提供绿色环保高性能聚羧酸减水剂的合成方法，该合成方法具体包括以下步骤：
(1)在反应器中加入75～90重量份的聚醚大单体A1、1～4重量份双氧水、90～100重量份水，温度10～50℃条件下，搅拌混合均匀；
(2)配制A液：将5～15重量份不饱和羧酸或酸酐单体A2、0～5重量份不饱和磺酸单体A3、以及20～30重量份水，加到单口烧瓶中，混合均匀，标记为A液；
(3)配制B液：将0.1～1.0重量份还原剂、0.2～1重量份分子量调节剂、以及20～30重量份水，加入单口烧瓶中，混合均匀，标记为B液；
(4)在搅拌条件下，向步骤(1)的反应器中同时均匀地滴加A液和B液，A液滴加2～3h，B液滴加3～4h，滴加完成后，保温1～3h，加入氢氧化钠水溶液调节pH至6～7，得到高性能聚羧酸减水剂。
其中，上述绿色环保高性能聚羧酸减水剂的合成方法中，步骤(1)所述的聚醚大单体A1为丙烯醇聚氧乙烯醚、异戊烯醇聚氧乙烯醚和甲基烯基聚氧乙烯醚中的至少一种。
其中，上述绿色环保高性能聚羧酸减水剂的合成方法中，步骤(2)所述的不饱和羧酸或酸酐单体A2为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、马来酸和马来酸酐中的至少一种。
其中，上述绿色环保高性能聚羧酸减水剂的合成方法中，步骤(2)所述的不饱和磺酸单体A3为对苯乙烯磺酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯磺酸钠和甲基丙烯磺酸钠中的至少一种。
其中，上述绿色环保高性能聚羧酸减水剂的合成方法中，步骤(3)所述的分子量调节剂为巯基乙酸、巯基丙酸、巯基丁酸、巯基丙酸甲酯和巯基丙酸乙酯中的至少一种。
其中，上述绿色环保高性能聚羧酸减水剂的合成方法中，步骤(3)所述的还原剂为维生素C或者吊白块。
其中，上述绿色环保高性能聚羧酸减水剂的合成方法中，步骤(1)所述双氧水中H2O2的含量为25.0～30.0wt％。
其中，上述绿色环保高性能聚羧酸减水剂的合成方法中，步骤(4)所述氢氧化钠水溶液中NaOH的含量为23～26wt％。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供由上述合成方法制备得到的绿色环保高性能聚羧酸减水剂。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明方法采用低温聚合，在聚合过程中利用聚合放热自然升温，无需加热与降温，节约大量热能，加料过程自动控制，节约大量劳动力。本发明产品聚羧酸减水剂具有高减水、保坍性好、适应性强、和易性好的特点。
具体实施方式
本发明提供了绿色环保高性能聚羧酸减水剂的合成方法，该合成方法具体包括以下步骤：
(1)在反应器中加入75～90重量份的聚醚大单体A1、1～4重量份双氧水、90～100重量份水，温度10～50℃条件下，搅拌混合均匀；所述的聚醚大单体A1为丙烯醇聚氧乙烯醚、异戊烯醇聚氧乙烯醚和甲基烯基聚氧乙烯醚中的至少一种；
(2)配制A液：将5～15重量份不饱和羧酸或酸酐单体A2、0～5重量份不饱和磺酸单体A3、以及20～30重量份水，加到单口烧瓶中，混合均匀，标记为A液；所述的不饱和羧酸或酸酐单体A2为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、马来酸和马来酸酐中的至少一种；所述的不饱和磺酸单体A3为对苯乙烯磺酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯磺酸钠和甲基丙烯磺酸钠中的至少一种；
(3)配制B液：将0.1～1.0重量份还原剂、0.2～1重量份分子量调节剂、以及20～30重量份水，加入单口烧瓶中，混合均匀，标记为B液；
(4)在搅拌条件下，向步骤(1)的反应器中同时均匀地滴加A液和B液，A液滴加2～3h，B液滴加3～4h，滴加完成后，保温1～3h，加入氢氧化钠水溶液调节pH至6～7，得到高性能聚羧酸减水剂。
其中，上述绿色环保高性能聚羧酸减水剂的合成方法中，步骤(3)所述的分子量调节剂为巯基乙酸、巯基丙酸、巯基丁酸、巯基丙酸甲酯和巯基丙酸乙酯中的至少一种。
其中，上述绿色环保高性能聚羧酸减水剂的合成方法中，步骤(3)所述的还原剂为维生素C或者吊白块。
其中，上述绿色环保高性能聚羧酸减水剂的合成方法中，步骤(1)所述的反应器为配置有电动搅拌装置和蠕动泵的四口烧瓶。
其中，上述绿色环保高性能聚羧酸减水剂的合成方法中，步骤(1)所述双氧水中H2O2的含量为25.0～30.0wt％。
其中，上述绿色环保高性能聚羧酸减水剂的合成方法中，步骤(4)所述氢氧化钠水溶液中NaOH的含量为23～26wt％。
进一步的，本发明还提供了由上述合成方法制备得到的绿色环保高性能聚羧酸减水剂。
以下结合具体的实施例对本发明作进一步的解释和说明，但并不因此限制本发明的保护范围。
实施例1
绿色环保高性能聚羧酸减水剂的合成方法，包括以下步骤：
(1)在配置有电动搅拌装置和蠕动泵的500mL四口烧瓶中加入90g水、85g聚醚大单体A1-异戊烯醇聚氧乙烯醚(分子质量为2400)、4g 27.5wt％的双氧水，30℃温度下搅拌10min；
(2)配制A液：将13g不饱和羧酸或酸酐单体A2(10g丙烯酸、3g丙烯酸羟乙酯)、2g不饱和磺酸单体A3-对苯乙烯磺酸钠、以及30g水，加到单口烧瓶中，混合均匀，标记为A液；
(3)配制B液：将1g还原剂-Vc、0.5g分子量调节剂-2-巯基丙酸、以及20g水，加入单口烧瓶中，混合均匀，标记为B液；
(4)在搅拌条件下，向步骤(1)的四口烧瓶中同时均匀地滴加A液和B液，A液滴加2h，B液滴加3h，滴加完成后，保温1h，加入25wt％氢氧化钠水溶液调节pH至6，得到含固量约40％聚羧酸高性能混凝土减水剂PC1。
实施例2
(1)在配置有电动搅拌装置和蠕动泵的500mL四口烧瓶中加入90g水、84g聚醚大单体A1-丙烯醇聚氧乙烯醚(分子质量为2400)、3g 27.5wt％的双氧水，20℃温度下搅拌10min；
(2)配制A液：将13g不饱和羧酸或酸酐单体A2-丙烯酸、3g不饱和磺酸单体A3-对苯乙烯磺酸钠、以及30g水，加到单口烧瓶中，混合均匀，标记为A液；
(3)配制B液：将0.8g还原剂-Vc、0.4g分子量调节剂-2-巯基丙酸、以及20g水，加入单口烧瓶中，混合均匀，标记为B液；
(4)在搅拌条件下，向步骤(1)的四口烧瓶中同时均匀地滴加A液和B液，A液滴加3h，B液滴加3.5h，滴加完成后，保温2h，加入25wt％氢氧化钠水溶液调节pH至6，得到含固量约40％聚羧酸高性能混凝土减水剂PC2。
实施例3
绿色环保高性能聚羧酸减水剂的合成方法，包括以下步骤：
(1)在配置有电动搅拌装置和蠕动泵的500mL四口烧瓶中加入90g水、85g聚醚大单体A1-异戊烯醇聚氧乙烯醚(分子质量为2400)、4g 27.5wt％的双氧水，15℃温度下搅拌10min；
(2)配制A液：将14g不饱和羧酸或酸酐单体A2(10g丙烯酸、2g丙烯酸羟乙酯、2g马来酸酐)、1g不饱和磺酸单体A3-甲基丙烯磺酸钠、以及30g水，加到单口烧瓶中，混合均匀，标记为A液；
(3)配制B液：将1g还原剂-吊白块、0.2g分子量调节剂-巯基丙酸甲酯、以及20g水，加入单口烧瓶中，混合均匀，标记为B液；
(4)在搅拌条件下，向步骤(1)的四口烧瓶中同时均匀地滴加A液和B液，A液滴加2h，B液滴加3h，滴加完成后，保温2h，加入25wt％氢氧化钠水溶液调节pH至7，得到含固量约40％聚羧酸高性能混凝土减水剂PC3。
实施例4
绿色环保高性能聚羧酸减水剂的合成方法，包括以下步骤：
(1)在配置有电动搅拌装置和蠕动泵的500mL四口烧瓶中加入90g水、86g聚醚大单体A1-异戊烯醇聚氧乙烯醚(分子质量为2400)、4g 27.5wt％的双氧水，20℃温度下搅拌10min；
(2)配制A液：将16g不饱和羧酸或酸酐单体A2(12g丙烯酸、4g丙烯酸羟乙酯)、以及30g水，加到单口烧瓶中，混合均匀，标记为A液；
(3)配制B液：将1g还原剂-吊白块、0.4g分子量调节剂-巯基丙酸甲酯、以及20g水，加入单口烧瓶中，混合均匀，标记为B液；
(4)在搅拌条件下，向步骤(1)的四口烧瓶中同时均匀地滴加A液和B液，A液滴加2h，B液滴加3h，滴加完成后，保温1h，加入25wt％氢氧化钠水溶液调节pH至7，得到含固量约40％聚羧酸高性能混凝土减水剂PC4。
采用本领域常规测试方法，对实施例1～4制备得到的聚羧酸减水剂PC1～PC4进行性能测试(水泥净浆流动度和混凝土坍落度损失)，测试结果见表1和表2。从表1和表2中可见，本发明聚羧酸减水剂具有高减水、保坍性好、适应性强、和易性好的特点。
表1聚羧酸减水剂PC1-PC4对不同水泥净浆流动度的测定结果
表2聚羧酸减水剂对混凝土坍落度损失的测定结果
以上所述为本发明的优选实施例，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些也应当视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和本专利的实用性。

Claims (9)

1.一种绿色环保高性能聚羧酸减水剂的合成方法，其特征在于，该合成方法具体包括以下步骤：
（1）在反应器中加入75～90重量份的聚醚大单体A1、1～4重量份双氧水、90～100重量份水，温度10～50℃条件下，搅拌混合均匀；
（2）配制A液：将5～15重量份不饱和羧酸或酸酐单体A2、0～5重量份不饱和磺酸单体A3、以及20～30重量份水，加到单口烧瓶中，混合均匀，标记为A液；
（3）配制B液：将0.1～1.0重量份还原剂、0.2～1重量份分子量调节剂、以及20～30重量份水，加入单口烧瓶中，混合均匀，标记为B液；
（4）在搅拌条件下，向步骤（1）的反应器中同时均匀地滴加A液和B液，A液滴加2～3h，B液滴加3～4h，滴加完成后，保温1～3h，加入氢氧化钠水溶液调节pH至6～7，得到高性能聚羧酸减水剂。
2.根据权利要求1 所述的绿色环保高性能聚羧酸减水剂的合成方法，其特征在于，步骤（1）所述的聚醚大单体A1为丙烯醇聚氧乙烯醚、异戊烯醇聚氧乙烯醚和甲基烯基聚氧乙烯醚中的至少一种。
3.根据权利要求1 所述的绿色环保高性能聚羧酸减水剂的合成方法，其特征在于，步骤（2）所述的不饱和羧酸或酸酐单体A2为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、马来酸和马来酸酐中的至少一种。
4.根据权利要求1 所述的绿色环保高性能聚羧酸减水剂的合成方法，其特征在于，步骤（2）所述的不饱和磺酸单体A3为对苯乙烯磺酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯磺酸钠和甲基丙烯磺酸钠中的至少一种。
5.根据权利要求1 所述的绿色环保高性能聚羧酸减水剂的合成方法，其特征在于，步骤（3）所述的分子量调节剂为巯基乙酸、巯基丙酸、巯基丁酸、巯基丙酸甲酯和巯基丙酸乙酯中的至少一种。
6.根据权利要求1 所述的绿色环保高性能聚羧酸减水剂的合成方法，其特征在于，步骤（3）所述的还原剂为维生素C或者吊白块。
7.根据权利要求1 所述的绿色环保高性能聚羧酸减水剂的合成方法，其特征在于，步骤（1）所述双氧水中H2O2的含量为25.0～30.0wt%。
8.根据权利要求1 所述的绿色环保高性能聚羧酸减水剂的合成方法，其特征在于，步骤（4）所述氢氧化钠水溶液中NaOH的含量为23～26wt%。
9.权利要求1～8任一项所述绿色环保高性能聚羧酸减水剂的合成方法制备得到的聚羧酸减水剂。
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