CN109206609A - 一种超支化型聚醚类引气剂的制备及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及混凝土外加剂领域，特别涉及一种超支化型聚醚类引气剂，通过马来酸酐和二乙醇胺合成AB2单体，然后以丙三醇为核分子，以对甲苯磺酸作催化剂，以甲苯作带水剂，合成了端羟基超支化聚合物，然后与环氧乙烷进行反应，得到超支化型聚醚类引气剂。该引气剂与市售引气剂相比，含气量高，抗冻融性能好，添加量少，具有很大的发展前景。
Description
技术领域
本发明涉及到公路混凝土外加剂领域，特别涉及到一种含有超支化结构的聚醚类引气剂，还涉及到该引气剂的制备方法及应用。
背景技术
外加剂在混凝土材料中具有十分重要的地位,如今引气剂作为混凝土外加剂中一个独立的品种被广泛应用在混凝土中,而且引气剂在许多国家的混凝土施工技术规范中都要求必须掺用的一种外加剂。引气剂是一种表面活性物质，在混凝土拌和过程中可以引入大量均匀、微小的气泡，并且在混凝土硬化之后气泡保持稳定。实践证明,在混凝土中加入引气剂可以改善混凝土的和易性和匀质性,提高混凝土的抗冻性,同时可以大幅度提高混凝土的综合耐久性。
目前国内应用较多的引气剂是松香类和皂苷类引气剂，松香类引气剂以松香为主要原料，结合各种化学和物理改性，引气性能比较好，但是也存在起泡性能差、水溶性差、与其它外加剂复配困难等问题；皂苷类引气剂是大分子类有机物质，稳泡性能较好，但是存在成本较高的问题，所以目前市场上常见的引气剂都存在一些缺点。本发明目的在于对传统合成引气剂的工艺进行改性合成一种起泡性好、稳泡性能好、成本比较低、与其它外加剂复配效果好的超支化型聚醚类引气剂。
发明内容
为了解决市场上各类引气剂起泡性能差、稳泡效果不好、与其它外加剂复配效果差的问题，本发明合成了一种起泡效果好、稳泡性能优异、掺量少、与聚羧酸减水剂复配效果好的超支化型道路混凝土引气剂。
本发明是通过以下步骤合成的：
通过马来酸酐和二乙醇胺反应合成AB2单体，然后以丙三醇为核分子，以对甲苯磺酸为催化剂，反应得到末端含有羟基的超支化聚合物，再与环氧乙烷反应得到的。
所述端羟基超支化聚合物，AB2单体与核分子丙三醇以1:3，1:9，1:21，1:45分别得到第一代超支化聚合物、第二代超支化聚合物、第三代超支化聚合物、第四代超支化聚合物。
所述超支化聚合物，AB2单体是马来酸酐和二乙醇胺以1:1反应得到的。
所述超支化型聚醚类引气剂，掺量为混凝土总量的0.05-0.2%,
超支化型引气剂的具体合成方法：（以第二代超支化型聚醚类引气剂为例）
（1） AB2单体的合成
（2） 超支化聚合物的合成：核分子（丙三醇）与AB2单体反应
（3） 超支化聚合物与环氧丙烷进行反应，得到最终的超支化型聚醚类引气剂。
本发明的有益效果：
本发明合成了一种超支化型聚醚类引气剂，能够更好的达到优于市售引气剂的引气效果，对混凝土的后期强度不会造成影响，与聚羧酸减水剂复配效果良好，解决了市面上各类引气剂起泡性能差、稳泡性能不好、与其它外加剂复配效果差的问题，减少经济损失。
具体实施方式
以下是对本发明具体实施方法更为详尽的陈述，目的在于阐述本发明的构思以及特点，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
实施实例一
（1）用电子天平准确称取0.18mol（17.28g）马来酸酐，量取适量 N,N-二甲基乙酰胺（DMAc），充分溶解马来酸酐。向三口烧瓶中加入0.18mol（18.9g）二乙醇胺，搅拌均匀。将溶解好的马来酸酐用恒压滴液漏斗缓慢滴加至三口瓶内，反应4h，得到AB2单体。
（2）在上述体系中加入甲苯和催化剂对甲苯磺酸，称取0.06mol（6.14g）丙三醇，并用DMAc溶解，然后用恒压滴液漏斗缓慢滴加到上述体系中，打开冷凝水，然后加热到140℃冷凝回流，球形冷凝管中有回流产生,保温反应24h。
（3）向上述得到的超支化聚合物中加入环氧乙烷，恒温连续反应6小时，然后进行旋蒸，得到第一代超支化型聚醚类引气剂。
（4）固定第一代超支化型聚醚类引气剂的添加量为水泥用量的0.10%。
①按照GB/T 8077—2012《普通混凝土拌合物试验方法性能标准》，称取水泥3kg，混凝土的配合比为：水泥：标准砂：卵石：水=1:1.83:2.73:0.42，加入第一代超支化型聚醚类引气剂，测定起含气量，测试结果如表1。
②按照GB/T 50081-2002《普通混凝上力学性能试验方法》标准，称取水泥3kg，混凝土的配合比为：水泥：标准砂：卵石：水=1:1.83:2.73:0.42，加入第一代超支化型聚醚类引气剂，采用NYL-6型60吨压力试验机，测定掺外加剂的混凝土3d、7d、28d的抗压强度，测试结果如表1。
③按照JGJ/T 70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》 ，称取水泥3kg，混凝土的配合比为：水泥：标准砂：卵石：水=1:1.83:2.73:0.42，加入第一代超支化型聚醚类引气剂，然后制件、养护，测试其在抗压强度损失率不大于25%，且质量损失率不大于5%冻融循环次数。
实施实例二
（1）用电子天平准确称取0.45mol（44.13g）马来酸酐，量取适量 N,N-二甲基乙酰胺（DMAc），充分溶解马来酸酐。向三口烧瓶中加入0.45mol（47.25g）二乙醇胺，搅拌均匀。将溶解好的马来酸酐用恒压滴液漏斗缓慢滴加至三口瓶内，反应4h，得到AB2单体。
（2）在上述体系中加入甲苯和催化剂对甲苯磺酸，称取0.05mol（4.61g）丙三醇，并用DMAc溶解，然后用恒压滴液漏斗缓慢滴加到上述体系中，打开冷凝水，然后加热到140℃冷凝回流，球形冷凝管中有回流产生,保温反应24h。
（3）向上述得到的超支化聚合物中加入环氧乙烷，恒温连续反应6小时，然后进行旋蒸，得到第二代超支化型聚醚类引气剂。
（4）固定第二代超支型聚醚类引气剂的添加量为水泥用量的0.10%。
①按照GB/T 8077—2012《普通混凝土拌合物试验方法性能标准》，称取水泥3kg，混凝土的配合比为：水泥：标准砂：卵石：水=1:1.83:2.73:0.42，加入第二代超支化型聚醚类引气剂，测定起含气量，测试结果如表1。
②按照GB/T 50081-2002《普通混凝上力学性能试验方法》标准，称取水泥3kg，混凝土的配合比为：水泥：标准砂：卵石：水=1:1.83:2.73:0.42，加入第二代超支化型聚醚类引气剂，采用NYL-6型60吨压力试验机，测定掺外加剂的混凝土3d、7d、28d的抗压强度，测试结果如表1。
③按照JGJ/T 70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》 ，称取水泥3kg，混凝土的配合比为：水泥：标准砂：卵石：水=1:1.83:2.73:0.42，加入第二代超支化型聚醚类引气剂，然后制件、养护，测试其在抗压强度损失率不大于25%，且质量损失率不大于5%冻融循环次数。
实施实例三
（1）用电子天平准确称取0.27mol（25.92g）马来酸酐，量取适量 N,N-二甲基乙酰胺（DMAc），充分溶解马来酸酐。向三口烧瓶中加入0.27mol（28.35g）二乙醇胺，搅拌均匀。将溶解好的马来酸酐用恒压滴液漏斗缓慢滴加至三口瓶内，反应4h，得到AB2单体。
（2）在上述体系中加入甲苯和催化剂对甲苯磺酸，称取0.01mol（0.921g）丙三醇，并用DMAc溶解，然后用恒压滴液漏斗缓慢滴加到上述体系中，打开冷凝水，然后加热到140℃冷凝回流，球形冷凝管中有回流产生,保温反应24h。
（3）向上述得到的超支化聚合物中加入环氧乙烷，恒温连续反应6小时，然后进行旋蒸，得到第三代超支化型聚醚类引气剂。
（4）固定第三代超支化型聚醚类引气剂的添加量为水泥用量的0.10%。
①按照GB/T 8077—2012《普通混凝土拌合物试验方法性能标准》，称取水泥3kg，混凝土的配合比为：水泥：标准砂：卵石：水=1:1.83:2.73:0.42，加入第三代超支化型聚醚类引气剂，测定起含气量，测试结果如表1。
②按照GB/T 50081-2002《普通混凝上力学性能试验方法》标准，称取水泥3kg，混凝土的配合比为：水泥：标准砂：卵石：水=1:1.83:2.73:0.42，加入第三代超支化型聚醚类引气剂，采用NYL-6型60吨压力试验机，测定掺外加剂的混凝土3d、7d、28d的抗压强度，测试结果如表1。
③按照JGJ/T 70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》 ，称取水泥3kg，混凝土的配合比为：水泥：标准砂：卵石：水=1:1.83:2.73:0.42，加入第三代超支化型聚醚类引气剂，然后制件、养护，测试其在抗压强度损失率不大于25%，且质量损失率不大于5%冻融循环次数。
实施实例四
（1）用电子天平准确称取0.45mol（43.2g）马来酸酐，量取适量 N,N-二甲基乙酰胺（DMAc），充分溶解马来酸酐。向三口烧瓶中加入0.45mol（47.25g）二乙醇胺，搅拌均匀。将溶解好的马来酸酐用恒压滴液漏斗缓慢滴加至三口瓶内，反应4h，得到AB2单体。
（2）在上述体系中加入甲苯和催化剂对甲苯磺酸，称取0.01mol（0.921g）丙三醇，并用DMAc溶解，然后用恒压滴液漏斗缓慢滴加到上述体系中，打开冷凝水，然后加热到140℃冷凝回流，球形冷凝管中有回流产生,保温反应24h。
（3）向上述得到的超支化聚合物中加入环氧乙烷，恒温连续反应6小时，然后进行旋蒸，得到第四代超支化型聚醚类引气剂。
（4）固定第四代超支化型聚醚类引气剂的添加量为水泥用量的0.10%。
①按照GB/T 8077—2012《普通混凝土拌合物试验方法性能标准》，称取水泥3kg，混凝土的配合比为：水泥：标准砂：卵石：水=1:1.83:2.73:0.42，加入第四代超支化型聚醚类引气剂，测定起含气量，测试结果如表1。
②按照GB/T 50081-2002《普通混凝上力学性能试验方法》标准，称取水泥3kg，混凝土的配合比为：水泥：标准砂：卵石：水=1:1.83:2.73:0.42，加入第四代超支化型聚醚类引气剂，采用NYL-6型60吨压力试验机，测定掺外加剂的混凝土3d、7d、28d的抗压强度，测试结果如表1。
③按照JGJ/T 70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》 ，称取水泥3kg，混凝土的配合比为：水泥：标准砂：卵石：水=1:1.83:2.73:0.42，加入第四代超支化型聚醚类引气剂，然后制件、养护，测试其在抗压强度损失率不大于25%，且质量损失率不大于5%冻融循环次数。
对比实例一
不添加任何外加剂，按照实施实例一至四中的测试方法，分别测试含气量、抗压强度和冻融循环次数，测试结果如表1 。
对比实例二
添加市售引气剂为水泥用量的0.10%，按照实施实例一至四，分别测试含气量、抗压强度和冻融循环次数，测试结果如表1。
性能测试
表1 各项外加剂性能测试
根据表1实施实例一、二、三、四和对比实例一、二可以看出：自制超支化型聚醚类引气剂的引起效果好，与市售和为添加引气剂的相比，含气量增加，冻融循环次数增加，且从第一代至第四代效果越来越好，符合国家标准；随着含气量的增大，抗压强度略有降低，但仍符合国家标准。
Claims (8)
1.一种超支化型聚醚类引气剂，其特征是通过以下步骤得到的：
①马来酸酐和二乙醇胺反应生成AB2单体；
②核分子丙三醇和AB2单体按照1:3、1:9、1:21、1:45的摩尔比反应得到端羟基超支化聚合物；
③将端羟基超支化聚合物与环氧乙烷反应，得到超支化型聚醚类引气剂。
2.一种超支化型聚醚类引气剂，其特征在于含有大量的活性基团，进一步提高了引气剂的表面活性剂。
3.一种超支化聚醚类引气剂，其特征在于引气剂的添加量为水泥含量的0.05%-0.2%。
4.根据权利要求1所述，其特征在于所述核分子为丙三醇。
5.根据权利要求1所述，其特征在于核分子和AB2单体摩尔比为1:3、1:9、1:21、1:45，分别得到第一代端羟基超支化聚合物、第二代端羟基超支化聚合物、第三代端羟基超支化聚合物或第四代端羟基超支化聚合物。
6.根据权利要求1所述，其特征是所述超支化聚合物的AB2单体是由马来酸酐和二乙醇胺按照摩尔比1：1合成。
7.根据权利要求1所述。
8.其特征在于得到的端羟基超支化聚合物与环氧乙烷进行反应得到最终的超支化型聚醚类引气剂。
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