CN107759747A - 一种高浓度聚羧酸系高性能减水剂及其制备方法 - Google Patents

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柯蕾
李桂青
卢才能
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Abstract

本发明公开一种高浓度聚羧酸系高性能减水剂及其制备方法，采用顺丁烯二酸酐、烯丙基醇聚氧乙烯醚与过硫酸铵为主要原料，通过调整原材料、配合比与适当浓度、控制反应温度、反应时间和速度，使反应平稳，易于控制，简捷获取浓度达60%~70%的高浓产品。采用本发明方法制备的产品性能优异，减水率高，增强与保坍效果显著，对混凝土的粘聚性与保水性好，特别适用于配制高强高性能混凝土，并在超高层超高泵送混凝土工程中广泛应用；生产原料种类少；生产工艺设备简单，反应条件易于控制，生产快捷，产能大；特别是产品浓度高，有利于储存与远距离运送，降低生产与运输成本。

Description

一种高浓度聚羧酸系高性能减水剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及精细化工领域，主要涉及一种高浓度聚羧酸系高性能减水剂及其制备方法。
背景技术
聚羧酸系高性能减水剂具有很多独特的优点，成为国内外研发的热点。本世纪初以来，聚羧酸系高性能减水剂在我国的研究与应用得到了迅猛的发展。
聚羧酸系高性能减水剂的合成方法与种类虽然有多种，如以甲基丙烯酸为主链，接枝不同的聚氧乙烯基（EO）或聚氧丙烯基（PO）而产生的甲基丙烯酸/丙烯酸甲酯共聚物，工艺要求较复杂，反应温度高，水剂浓度低；又如丙烯基共聚物等其他合成工艺，生产周期长，原料种类繁多等，也多是浓度不高的水溶液聚合物。这种低浓度的水剂产品在储存与运输过程中，需使用大量的储罐或包装物，不仅增加了生产与运输成本，同时也限制了产品的远距离运输。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高浓度聚羧酸系高性能减水剂及其制备方法，旨在解决现有合成的聚羧酸系高性能减水剂浓度低，导致生产与运输成本高的问题。
本发明的技术方案如下：
一种高浓度聚羧酸系高性能减水剂的制备方法，其中，包括以下步骤：
向烯丙基醇聚氧乙烯醚加入顺丁烯二酸酐混合，得到混合液，升温至60℃~65℃；
将过硫酸铵缓慢滴加入混合液中，温度控制在65℃~70℃之间，滴加时间为20~40分钟；
滴加完毕后，升温到80±2℃，恒温反应在2-3小时，可得浓度高达70%的聚羧酸高性能减水剂。
所述的高浓度聚羧酸系高性能减水剂的制备方法，其中，顺丁烯二酸酐的质量浓度为30%~99%、过硫酸铵的质量浓度为20%~35%，烯丙基醇聚氧乙烯醚的质量浓度为65%~98%。
所述的高浓度聚羧酸系高性能减水剂的制备方法，其中，烯丙基醇聚氧乙烯醚、顺丁烯二酸酐、过硫酸铵、水之间的质量比为60～85：8.5～10.5：2～3：5～29。
所述的高浓度聚羧酸系高性能减水剂的制备方法，其中，所述烯丙基醇聚氧乙烯醚采用固体的烯丙基醇聚氧乙烯醚。当采用固体的烯丙基醇聚氧乙烯醚时，先往聚合锅加入定量的底水，再送入用热水熔融的烯丙基醇聚氧乙烯醚，制成浓度在90%以上的溶液，将顺丁烯二酸酐加水制成浓度在30%以上的溶液。
所述的高浓度聚羧酸系高性能减水剂的制备方法，其中，所述烯丙基醇聚氧乙烯醚采用浓度为65%或80%的水剂。当所述烯丙基醇聚氧乙烯醚采用浓度为65%或80%的水剂时，所述烯丙基醇聚氧乙烯醚和顺丁烯二酸酐无需另外加水，直接混合制成混合液，所得产品浓度为60~65%。
所述的高浓度聚羧酸系高性能减水剂的制备方法，其中，过硫酸铵在滴加前需要加水制成浓度为20%~35%的溶液后再进行滴加；在制备过硫酸铵溶液过程中，控制其水溶化温度为60℃~65℃。
一种高浓度聚羧酸系高性能减水剂，其中，采用如上所述的高浓度聚羧酸系高性能减水剂的制备方法制成。
所述的高浓度聚羧酸系高性能减水剂，其中，所述高浓度聚羧酸系高性能减水剂的浓度为60%～70%。
有益效果：本发明所提供的高浓度聚羧酸系高性能减水剂的制备方法，通过调整原材料、配合比与适当浓度、控制反应温度、反应时间和速度，使反应平稳，易于控制，简捷获取高浓产品。该制备方法所采用的生产原料种类少；生产工艺简单，对设备要求低，反应条件易于控制，生产快捷，产能大，有利于提高生产力；特别是产品浓度高，有利于储存与远距离运送，降低生产与运输成本；产品性能优异，减水率高，增强与保坍效果显著，对混凝土的粘聚性与保水性好，特别适用于配制高强高性能混凝土，并在超高层超高泵送混凝土工程中广泛应用。
具体实施方式
本发明提供一种高浓度聚羧酸系高性能减水剂及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种高浓度聚羧酸系高性能减水剂的制备方法，是一种简捷获取高浓度聚羧酸系高性能减水剂的制备方法，采用顺丁烯二酸酐、烯丙基醇聚氧乙烯醚与过硫酸铵为主要原料，生产原料种类少；生产工艺设备简单，反应条件易于控制，生产快捷，产能大；特别是，产品浓度高，有利于储存与远距离运送，降低生产与运输成本，解决了储存与长远距离运输的难题；产品性能优异。
具体地，本发明所提供的高浓度聚羧酸系高性能减水剂的制备方法，包括以下步骤：
向烯丙基醇聚氧乙烯醚加入顺丁烯二酸酐混合，得到混合液，升温至60℃~65℃；
将过硫酸铵缓慢滴加入混合液中，温度控制在65℃~70℃之间，滴加时间为20~40分钟；
滴加完毕后，升温到80±2℃，恒温反应在2-3小时，即可获得浓度高达70%的聚羧酸系高性能减水剂。
其中，所述烯丙基醇聚氧乙烯醚可以采用固体烯丙基醇聚氧乙烯醚、或浓度为65%的水剂或浓度为80%的水剂。所述烯丙基醇聚氧乙烯醚若使用固体醚类时，聚羧酸浓度可高达70%。在本发明中也可使用价格较便宜的65%或80%水剂醚类，聚羧酸浓度也可高达60%~65%。当所述烯丙基醇聚氧乙烯醚使用固体烯丙基醇聚氧乙烯醚时，需要先往聚合锅里加入定量的底水，再送入用热水熔融的烯丙基醇聚氧乙烯醚，溶成浓度在90%以上的溶液，顺丁烯二酸酐需要加水制成浓度在30%以上的溶液。当所述烯丙基醇聚氧乙烯醚使用浓度为65%的烯丙基醇聚氧乙烯醚水剂或浓度为80%的烯丙基醇聚氧乙烯醚水剂时，则所述烯丙基醇聚氧乙烯醚和顺丁烯二酸酐均无需另外加水，可以直接投料。
本发明方法是采用水溶液聚合工艺，为了获高浓产品，控制各物料的浓度：顺丁烯二酸酐为30%~99%、过硫酸铵为20%~35%，烯丙基醇聚氧乙烯醚为65%~98%。采用较高浓度，有利于加快反应速率，增加分子量，提高产品性能。本发明中还给出各原料的质量比，烯丙基醇聚氧乙烯醚、顺丁烯二酸酐、过硫酸铵、水之间的质量比为60～85：8.5～10.5：2～3：5～29。当原料的浓度高时，则用水量多，当原料的浓度低时，则用水量减少，以保证获得高浓度产品。
本发明中选择易溶于水的过硫酸铵作为引发剂，同时过硫酸铵还兼具催化剂的功能，在催化反应的同时调节产物分子量，减少了原料的种类，过硫酸铵在投料前需要加水制成浓度为20%~35%的溶液后再进行投料。在制备过硫酸铵溶液时，需要控制其水溶化温度为60℃~65℃，不超过70℃，否则易爆或冲料，以保安全。将过硫酸铵溶液缓慢滴加入混合液的过程中，控制滴加温度为65℃~70℃，滴加时间为20~40分钟，通过控制过硫酸铵溶液的滴加节奏，以得到结构合适、分子量均匀的聚合产物，使其获得减水率较高，增强与保坍效果显著，保水性与粘聚性较好（泌水率基本为零）的产物。
在恒温反应过程中，此过程中需要控制反应温度在80±2℃，若温度太高时反应太快，支链太多；反应时间控制在2-3小时，这样有利于自由基共聚反应平稳进行，以获得分子结构合适，分子量均匀性较高的产物。分子结构中的羧基、磺酸基有利于增加双电层的静电斥力，聚乙烯支链有利于增加吸附层的立体斥力，从而增加产品的分散能力与减水率，粘聚性与保坍性。
采用本发明提供的高浓度聚羧酸系高性能减水剂的制备方法，工艺简单，对设备要求低，操作稳定，生产快捷周期短（5~6小时），产能大（10t~16t/批），有利于降低投资与生产成本；原料种类少；特别是产品浓度高，有利于储存与远距离运送，降低生产与运输成本；产品性能优异。
本发明中还提供一种高浓度聚羧酸系高性能减水剂，所述高浓度聚羧酸系高性能减水剂是采用如上所述的制备方法制备而成。所述高浓度聚羧酸系高性能减水剂的浓度为60%～70%。
所述高浓度聚羧酸系高性能减水剂可根据原材料、生产与销售的需要调节母液浓度。为利用价格较低的液体醚类，如浓度为65%或80%的水剂时，产物浓度可控制在60%~65%。或再进一步加水稀释、降温，用碱中和为40%或30%或20%的母液产品。储存、运输或配制成生产需要的各种浓度系列产品。
以下通过具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
往聚合锅里加入底水5份，再送入用热水熔融的烯丙基醇聚氧乙烯醚60份搅拌均匀，得到烯丙基醇聚氧乙烯醚溶液；将用15份水与10.5份顺丁烯二酸酐搅拌均匀的顺丁烯二酸酐溶液抽入聚合锅内与烯丙基醇聚氧乙烯醚溶液混合，升温至60℃~65℃；向通入冷却水的配料锅中投入6.5份水，再接着投入过硫酸铵3份，搅拌均匀，得到过硫酸铵溶液。将配好的过硫酸铵溶液，缓慢滴加入聚合锅的混合液中，控制在65℃~70℃，滴加时间控制在30分钟左右；再将其升温至80±2℃，恒温反应2.5小时左右结束，即可得浓度高达70%左右的聚羧酸高性能减水剂。
若用水稀释、用碱中和、调整浓度为20±1%时，PH=6-8，氯离子含量=0.04%，硫酸钠含量=0.08%，总碱量=0.48%。按GB8076-2008标准在混凝土中掺入0.2%的该产品，混凝土减水率达32%，泌水率=0%，含气量=3.6%。对产品进行性能检验，检验结果如表1所示。
实施例2
往聚合锅里送入浓度为65%的烯丙基醇聚氧乙烯醚水剂84.5份搅拌均匀；将8.5份顺丁烯二酸酐投入聚合锅内与烯丙基醇聚氧乙烯醚溶液混合，升温至60℃~65℃；向通入冷却水的配料锅中投入5份水，再接着投入过硫酸铵2份，搅拌均匀，得到过硫酸铵溶液。将配好的过硫酸铵溶液，缓慢滴加入聚合锅的混合液中，控制在65℃~70℃，滴加时间控制在30分钟左右；再将其升温至80±2℃，恒温反应2.5小时左右结束，即可得浓度高达62%左右的聚羧酸高性能减水剂。
若用水稀释、用碱中和、调整浓度为20±1%时，PH=6-8，氯离子含量=0.05%，硫酸钠含量=0.11%，总碱量=0.46%。按GB8076-2008标准在混凝土中掺入0.2%的该产品，混凝土减水率达33%，泌水率=0%，含气量=3.8%。对产品进行性能检验，检验结果如表1所示。
表1
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种高浓度聚羧酸系高性能减水剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
向烯丙基醇聚氧乙烯醚加入顺丁烯二酸酐混合，得到混合液，升温至60℃~65℃；
将过硫酸铵缓慢滴加入混合液中，温度控制在65℃~70℃之间，滴加时间为20~40分钟；
滴加完毕后，再升温到80±2℃，恒温反应在2-3小时。
2.根据权利要求1所述的高浓度聚羧酸系高性能减水剂的制备方法，其特征在于，顺丁烯二酸酐的质量浓度为30%~99%、过硫酸铵的质量浓度为20%~35%，烯丙基醇聚氧乙烯醚的质量浓度为65%~98%。
3.根据权利要求1所述的高浓度聚羧酸系高性能减水剂的制备方法，其特征在于，烯丙基醇聚氧乙烯醚、顺丁烯二酸酐、过硫酸铵、水之间的质量比为60～85：8.5～10.5：2～3：5～29。
4.根据权利要求1所述的高浓度聚羧酸系高性能减水剂的制备方法，其特征在于，所述烯丙基醇聚氧乙烯醚采用固体的烯丙基醇聚氧乙烯醚。
5.根据权利要求4所述的高浓度聚羧酸系高性能减水剂的制备方法，其特征在于，在制备混合液前还包括以下步骤：
将烯丙基醇聚氧乙烯醚融化，加水制成浓度在90%以上的溶液，将顺丁烯二酸酐加水制成浓度在30%以上的溶液。
6.根据权利要求1所述的高浓度聚羧酸系高性能减水剂的制备方法，其特征在于，所述烯丙基醇聚氧乙烯醚采用浓度为65%或80%的水剂。
7.根据权利要求6所述的高浓度聚羧酸系高性能减水剂的制备方法，其特征在于，所述烯丙基醇聚氧乙烯醚和顺丁烯二酸酐无需另外加水，直接混合制成混合液。
8.根据权利要求1所述的高浓度聚羧酸系高性能减水剂的制备方法，其特征在于，过硫酸铵在滴加前需要加水制成浓度为20%~35%的溶液后再进行滴加；在制备过硫酸铵溶液过程中，控制其水溶化温度为60℃~65℃。
9.一种高浓度聚羧酸系高性能减水剂，其特征在于，采用如权利要求1~8任一所述的高浓度聚羧酸系高性能减水剂的制备方法制成。
10.根据权利要求9所述的高浓度聚羧酸系高性能减水剂，其特征在于，所述高浓度聚羧酸系高性能减水剂的浓度为60%～70%。
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