CN109293268A - 一种水泥分散剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水泥分散剂及其制备方法，属于混凝土外加剂技术领域。本发明以月桂酸、三异丙醇胺进行酯化反应，引入亲水性阴离子磷酸酯基和磺酸基后，提高了水泥流动度；本发明在分散剂分子结构中引入γ‑甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷等偶联剂，增强了减水剂在水泥表面的吸附能力，使减水剂更易分散水泥；本发明以甲基丙烯酸‑N,N‑二甲氨基乙酯经溴代正丁烷发生亲核取代反应，降低了对粘土的敏感性，达到了抗泥效果；本发明通过引发共聚引入聚羧酸减水剂聚合物中，起到高分散作用。本发明解决了目前水泥粘土的层状结构会对聚羧酸减水剂产生大量吸附，分散性较差的问题。

Description

一种水泥分散剂及其制备方法
技术领域
本发明属于混凝土外加剂技术领域，具体涉及一种水泥分散剂及其制备方法。
背景技术
现代混凝土结构逐渐向超高层、大跨度和结构体系复杂化的方向发展，对混凝土的力学性能和施工性能提出了更高的要求，也大大推进了混凝土泵送施工技术的发展。C60及以上等级的高强混凝土，由于其具有提高承载力、减少结构自重和节约材料等诸多性能优势，已开始在超高层建筑、大跨径桥梁超高索塔等工程中应用。但是，高强混凝土水胶比低、胶凝材料用量大、外加剂掺量高，拌合物粘度大，导致泵送压力大、泵送施工困难。
作为第三代高性能减水剂（水泥分散剂），聚羧酸自问世以来由于其较高的减水率、优异的保坍性能、易于功能化等优点，已逐渐取代第二代高效减水剂成为市场主流。但在聚羧酸的应用过程中，也呈现出一些问题，影响了其进一步推广。
随着天然优质砂石等材料资源的稀缺以及绿色建筑理念的发展，回收建筑废料、石粉含量高的机制砂以及含泥量高的天然砂石等低品质骨料，应用到混凝土领域已经成为一种发展趋势。这些低品位骨料中含有大量粘土（主要化学成分为蒙脱土），粘土的层状结构会对聚羧酸减水剂产生大量吸附，致使其对水泥和其他粉料的分散能力大幅下降，流动性损失尤其明显。实际应用中，当骨料的含泥量超标时，一般采用冲洗骨料的方法，但该法会造成环境污染，损坏砂的级配，改变混凝土配合比，在寒冷地区，冲洗时还会造成冻结，影响工程进度。实际工程中还发现，当泥含量较高时，单纯提高聚羧酸掺量并不能解决减水和保坍的问题，聚羧酸超掺使成本增加，还会造成混凝土初始离析严重，凝结时间过长等问题。目前在聚羧酸母液和早强剂中复配聚乙二醇作为降粘组分，达到降低混凝土粘度提高工作性的目的，但是额外加入的聚乙二醇降低了减水剂的分散效能，同时造成成本增加，存在减水率低，产生大量吸附等问题。因此需开发一种分散性强的水泥分散剂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对目前水泥粘土的层状结构会对聚羧酸减水剂产生大量吸附，分散性较差的问题，提供一种水泥分散剂及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：
一种水泥分散剂，包括助磨添加剂、表面活性增强剂、偶联剂、功能单体。
所述助磨添加剂的制备方法为：
取月桂酸按质量比1~3：10~20加入N,N-二甲基甲酰胺混合，加入月桂酸质量1~3倍的三异丙醇胺，于50~60℃搅拌混合20~40min，再加入月桂酸质量2~6%的甲醇钠和月桂酸质量1~3%的二甲苯，通入氮气保护，于100~110℃搅拌混合1~3h，冷却至室温，旋转蒸发，即得助磨添加剂。 所述表面活性增强剂为：取甲基丙烯磺酸钠按质量比1~3：2~5加入2-羟乙基甲基丙烯酸酯磷酸酯混合，即得。
所述功能单体的制备方法为：
取甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯按质量比1~4：10~20加入无水乙醇，通入氮气保护，升温至85~90℃，滴加甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯质量80~90%的溴代正丁烷搅拌混合，抽滤，取抽滤渣经丙酮洗涤，真空干燥，得真空干燥物，取真空干燥物按质量比2~5：1~4加入甲基丙烯酸二甲胺乙酯混合，即得功能单体。
所述偶联剂为：取γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷、γ-乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷中的任意一种或任意几种按任意质量比混合，即得。
一种水泥分散剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）按质量份数计，取10~15份助磨添加剂、5~10份表面活性增强剂、10~20份功能单体、3~6份异戊烯醇聚氧乙烯醚、15~20份丙烯酸、5~10份衣康酸、80~150份去离子水，升温至75~80℃，通入氮气保护，搅拌混合，得混合液a；
（2）取双氧水按质量比3~6：1~3：10~20加入次磷酸钠、去离子水，于25~30℃搅拌混合30~40min，得混合液b，取混合液b按质量比1~5：15~30滴加至混合液a中，控制滴加时间1~3h，再加入混合液a质量10~20%的偶联剂搅拌混合，冷却至室温，即得水泥分散剂。
所述步骤（2）中加入混合液a质量10~20%的偶联剂的搅拌混合条件为：于75~80℃搅拌混合2~5h。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明以月桂酸、三异丙醇胺进行酯化反应，得到醇胺酯类助磨剂，增加
水泥颗粒中的细小颗粒，能形成致密的凝结网络，使得力学性能得到提高，给减水剂分子通过甲基丙烯磺酸钠、2-羟乙基甲基丙烯酸酯磷酸酯分别引入亲水性阴离子磷酸酯基和磺酸基后，增加了水泥分散剂的负电荷密度，使得与带负电荷的粘土之间形成静电相斥作用，同时提高了分散剂的亲水性，从而提高了分散剂的表面活性，其在水泥表面形成致密的吸附层，阻碍水分子的进入，减弱水泥水化，使得自由水增加，从而提高了水泥流动度；
（2）本发明在分散剂分子结构中引入γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷等偶联剂，其结构中的硅氧烷基团，在水泥碱性条件下缓慢水解成硅醇结构，与水泥表面的水化层以共价键结合，增强了减水剂在水泥表面的吸附能力，对水泥颗粒进行膜界的包覆，增加颗粒与颗粒之间的润湿效果，使减水剂更易分散水泥；
（3）本发明以甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯经溴代正丁烷发生亲核取代反应，形成阳离子季铵盐单体，使其具有较强的极性和对阴离子物质的亲和性，具有竞争吸附性，一方面可以吸附到带负电荷的粘土表面，聚合后通过与甲基丙烯酸二甲胺乙酯中叔胺基复配提供空间位阻，抑制分散剂被粘土表面吸附，阳离子季铵盐单体中的烷基可以抑制对自由水的吸附，进行减水，降低了对粘土的敏感性，达到了抗泥效果；
（4）本发明将表面活性增强剂、助磨添加剂等单体通过引发共聚引入聚羧酸减水剂聚合物中，利用衣康酸代替一部分丙烯酸，增加环保性能，同时通过空间位阻增加抗泥作用、提高自由水含量进行减水、水泥颗粒之间形成疏水型包覆层进行静电相斥提高分散性，增加水泥水化过程中的流动、润湿降粘，起到高分散作用。
具体实施方式
助磨添加剂的制备方法为：
取月桂酸按质量比1~3：10~20加入N,N-二甲基甲酰胺混合，加入月桂酸质量1~3倍的三异丙醇胺，于50~60℃搅拌混合20~40min，再加入月桂酸质量2~6%的甲醇钠和月桂酸质量1~3%的二甲苯，通入氮气保护，于100~110℃搅拌混合1~3h，冷却至室温，旋转蒸发，即得助磨添加剂。 表面活性增强剂为：取甲基丙烯磺酸钠按质量比1~3：2~5加入2-羟乙基甲基丙烯酸酯磷酸酯混合，即得。
偶联剂为：
取γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷、γ-乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷中的任意一种或任意几种按任意质量比混合，即得。
功能单体的制备方法为：取甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯按质量比1~4：10~20加入无水乙醇，通入氮气保护，升温至85~90℃，滴加甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯质量80~90%的溴代正丁烷，搅拌混合5~8h，抽滤，取抽滤渣经丙酮洗涤，真空干燥，得真空干燥物，取真空干燥物按质量比2~5：1~4加入甲基丙烯酸二甲胺乙酯混合，即得功能单体。
一种水泥分散剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）按质量份数计，取10~15份助磨添加剂、5~10份表面活性增强剂、10~20份功能单体、3~6份异戊烯醇聚氧乙烯醚、15~20份丙烯酸、5~10份衣康酸、80~150份去离子水，升温至75~80℃，通入氮气保护，搅拌混合20~30min，得混合液a；
（2）取双氧水按质量比3~6：1~3：10~20加入次磷酸钠、去离子水，于25~30℃搅拌混合30~40min，得混合液b，取混合液b按质量比1~5：15~30滴加至混合液a中，控制滴加时间1~3h，再加入混合液a质量10~20%的偶联剂，于75~80℃搅拌混合2~5h，冷却至室温，即得水泥分散剂。
助磨添加剂的制备方法为：
取月桂酸按质量比1：10加入N,N-二甲基甲酰胺混合，加入月桂酸质量1倍的三异丙醇胺，于50℃搅拌混合20min，再加入月桂酸质量2%的甲醇钠和月桂酸质量1%的二甲苯，通入氮气保护，于100℃搅拌混合1h，冷却至室温，旋转蒸发，即得助磨添加剂。 表面活性增强剂为：取甲基丙烯磺酸钠按质量比1：2加入2-羟乙基甲基丙烯酸酯磷酸酯混合，即得。
偶联剂为：乙烯基三乙氧基硅烷。
功能单体的制备方法为：
取甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯按质量比1：10加入无水乙醇，通入氮气保护，升温至85℃，滴加甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯质量80%的溴代正丁烷，搅拌混合5h，抽滤，取抽滤渣经丙酮洗涤，真空干燥，得真空干燥物，取真空干燥物按质量比2：1加入甲基丙烯酸二甲胺乙酯混合，即得功能单体。
一种水泥分散剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）按质量份数计，取10份助磨添加剂、5份表面活性增强剂、10份功能单体、3份异戊烯醇聚氧乙烯醚、15份丙烯酸、5份衣康酸、80份去离子水，升温至75℃，通入氮气保护，搅拌混合20min，得混合液a；
（2）取双氧水按质量比3：1：10加入次磷酸钠、去离子水，于25℃搅拌混合30min，得混合液b，取混合液b按质量比1：15滴加至混合液a中，控制滴加时间1h，再加入混合液a质量10%的偶联剂，于75℃搅拌混合2h，冷却至室温，即得水泥分散剂。
助磨添加剂的制备方法为：取月桂酸按质量比2：15加入N,N-二甲基甲酰胺混合，加入月桂酸质量2倍的三异丙醇胺，于55℃搅拌混合30min，再加入月桂酸质量4%的甲醇钠和月桂酸质量2%的二甲苯，通入氮气保护，于105℃搅拌混合2h，冷却至室温，旋转蒸发，即得助磨添加剂。 表面活性增强剂为：取甲基丙烯磺酸钠按质量比2：4加入2-羟乙基甲基丙烯酸酯磷酸酯混合，即得。
偶联剂为：乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷。
功能单体的制备方法为：
取甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯按质量比3：15加入无水乙醇，通入氮气保护，升温至87℃，滴加甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯质量85%的溴代正丁烷，搅拌混合6h，抽滤，取抽滤渣经丙酮洗涤，真空干燥，得真空干燥物，取真空干燥物按质量比4：3加入甲基丙烯酸二甲胺乙酯混合，即得功能单体。
一种水泥分散剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）按质量份数计，取13份助磨添加剂、8份表面活性增强剂、15份功能单体、5份异戊烯醇聚氧乙烯醚、18份丙烯酸、8份衣康酸、120份去离子水，升温至77℃，通入氮气保护，搅拌混合25min，得混合液a；
（2）取双氧水按质量比5：2：15加入次磷酸钠、去离子水，于28℃搅拌混合35min，得混合液b，取混合液b按质量比4：19滴加至混合液a中，控制滴加时间2h，再加入混合液a质量15%的偶联剂，于79℃搅拌混合4h，冷却至室温，即得水泥分散剂。
助磨添加剂的制备方法为：取月桂酸按质量比3：20加入N,N-二甲基甲酰胺混合，加入月桂酸质量3倍的三异丙醇胺，于60℃搅拌混合40min，再加入月桂酸质量6%的甲醇钠和月桂酸质量3%的二甲苯，通入氮气保护，于110℃搅拌混合3h，冷却至室温，旋转蒸发，即得助磨添加剂。 表面活性增强剂为：取甲基丙烯磺酸钠按质量比13：5加入2-羟乙基甲基丙烯酸酯磷酸酯混合，即得。
偶联剂为：取γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷。
功能单体的制备方法为：
取甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯按质量比4：20加入无水乙醇，通入氮气保护，升温至90℃，滴加甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯质量90%的溴代正丁烷，搅拌混合8h，抽滤，取抽滤渣经丙酮洗涤，真空干燥，得真空干燥物，取真空干燥物按质量比5：4加入甲基丙烯酸二甲胺乙酯混合，即得功能单体。
一种水泥分散剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）按质量份数计，取15份助磨添加剂、10份表面活性增强剂、20份功能单体、6份异戊烯醇聚氧乙烯醚、20份丙烯酸、10份衣康酸、150份去离子水，升温至80℃，通入氮气保护，搅拌混合30min，得混合液a；
（2）取双氧水按质量比6：3：20加入次磷酸钠、去离子水，于30℃搅拌混合40min，得混合液b，取混合液b按质量比5：30滴加至混合液a中，控制滴加时间3h，再加入混合液a质量20%的偶联剂，于80℃搅拌混合5h，冷却至室温，即得水泥分散剂。
对比例1：与实施例1的制备方法基本相同，唯有不同的是缺少助磨添加剂。
对比例2：与实施例1的制备方法基本相同，唯有不同的是缺少表面活性增强剂。
对比例3：与实施例1的制备方法基本相同，唯有不同的是缺少偶联剂。
对比例4：广州市某公司生产的水泥分散剂。
将实施例与对比例按照GB/T8077-2000标准进行测试，测试结果如表1所示。
表1
本发明水泥分散剂相比市售产品效果更好，且有很好的分散保持能力，值得大力推广。
以上所述仅为本发明的较佳方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种水泥分散剂，其特征在于，包括助磨添加剂、表面活性增强剂、偶联剂、功能单体。
2.根据权利要求1所述的水泥分散剂，其特征在于，所述助磨添加剂的制备方法为：
取月桂酸按质量比1~3：10~20加入N,N-二甲基甲酰胺混合，加入月桂酸质量1~3倍的三异丙醇胺，于50~60℃搅拌混合20~40min，再加入月桂酸质量2~6%的甲醇钠和月桂酸质量1~3%的二甲苯，通入氮气保护，于100~110℃搅拌混合1~3h，冷却至室温，旋转蒸发，即得助磨添加剂。
3.根据权利要求1所述的水泥分散剂，其特征在于，所述表面活性增强剂为：取甲基丙烯磺酸钠按质量比1~3：2~5加入2-羟乙基甲基丙烯酸酯磷酸酯混合，即得。
4.根据权利要求1所述的水泥分散剂，其特征在于，所述功能单体的制备方法为：
取甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯按质量比1~4：10~20加入无水乙醇，通入氮气保护，升温至85~90℃，滴加甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯质量80~90%的溴代正丁烷搅拌混合，抽滤，取抽滤渣经丙酮洗涤，真空干燥，得真空干燥物，取真空干燥物按质量比2~5：1~4加入甲基丙烯酸二甲胺乙酯混合，即得功能单体。
5.根据权利要求1所述的水泥分散剂，其特征在于，所述偶联剂为：取γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷、γ-乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷中的任意一种或任意几种按任意质量比混合，即得。
6.一种如权利要求1~5任意一项所述的水泥分散剂的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：
（1）按质量份数计，取10~15份助磨添加剂、5~10份表面活性增强剂、10~20份功能单体、3~6份异戊烯醇聚氧乙烯醚、15~20份丙烯酸、5~10份衣康酸、80~150份去离子水，升温至75~80℃，通入氮气保护，搅拌混合，得混合液a；
（2）取双氧水按质量比3~6：1~3：10~20加入次磷酸钠、去离子水，于25~30℃搅拌混合30~40min，得混合液b，取混合液b按质量比1~5：15~30滴加至混合液a中，控制滴加时间1~3h，再加入混合液a质量10~20%的偶联剂搅拌混合，冷却至室温，即得水泥分散剂。
7.根据权利要求6所述的水泥分散剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中加入混合液a质量10~20%的偶联剂的搅拌混合条件为：于75~80℃搅拌混合2~5h。
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