CN109608632A - 一种混凝土抗泥牺牲剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种混凝土抗泥牺牲剂及其制备方法，该抗泥牺牲剂通过仲胺与环氧乙烷、环氧丙烷开环聚合后，与季铵盐阳离子试剂反应，得到季铵盐封端的非离子表面活性剂，作为牺牲剂能有效减少聚羧酸减水剂在粘土中的插层反应，保持混凝土良好的工作性和工作保持性，与现有的减水剂相容性好，性价比高。

Description

一种混凝土抗泥牺牲剂及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑外加剂技术领域，涉及到一种混凝土用抗泥牺牲剂及其制备方法。
背景技术
混凝土是当前使用量最大的建筑材料，其中砂石的含泥量一直是建筑施工中比较头疼的一个问题。砂石含泥过高，会严重影响混凝土的工作性并带来一系列外观和强度质量问题。
当前研究表明，砂石含泥量高导致混凝土流动性下降，主要是因为起分散作用的混凝土外加剂被吸附到泥中的粘土中，特别是聚羧酸减水剂，其分子结构中的聚醚侧链非常容易和粘土中的蒙脱土发生插层，导致减水剂被粘土消耗而难以发挥作用，严重影响混凝土的施工性。目前对于抗泥剂的研究也有一些报道，大部分将季铵盐接枝到不饱和双键上，在与丙烯酸和烯基不饱和烷基聚醚单体制备含阳离子的聚羧酸减水剂，但这种方法通常制备过程中需要使用有机溶剂，且阳离子接枝的单体会导致聚合活性下降，影响聚羧酸减水剂的分散性。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种混凝土抗泥牺牲剂及其制备方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种混凝土抗泥牺牲剂，它具有以下通式：
其中：R1、R2分别各自为直链或分支的C1至C8烷基、芳基、芳烃烷基或至少含有一个氧或氮原子的杂烷基、杂环烷基或杂环芳基；n为1至45的任意整数，m为0至10的任意整数；为C4至C10的脂环季铵基、烷基取代的脂环季铵基、芳环季铵基、烷基取代的芳环季铵基或稠环季铵基；Y为2-羟丙基三甲基胺或2-羟丙基三乙基胺；X 为Cl、Br或I离子。
一种所述的混凝土抗泥牺牲剂的制备方法，它是由以下步骤制备获得：
步骤1：将仲胺起始物与环氧乙烷、环氧丙烷在催化剂存在的情况下进行加成反应，其中仲胺起始物是具有以下结构通式的化合物：
其中R4和R5分别各自为直链或分支的C1至C8烷基、芳基、芳烃烷基或至少含有一个氧或氮原子的杂烷基、杂环烷基或杂环芳基；为C4至C10的脂环仲胺、烷基取代的脂环仲胺、芳环仲胺、烷基取代的芳环仲胺或稠环仲胺；仲胺起始物与环氧乙烷、环氧丙烷的摩尔比为1:1～45:0～10；
步骤2：将步骤1制得的加成产物在碱催化剂、溶剂存在的条件下与季铵盐阳离子试剂进行反应，得到混凝土抗泥牺牲剂步骤，步骤1制得的加成产物与季铵盐阳离子试剂反应的摩尔比为1:1～3；
其中，步骤1中所用的催化剂为乙醇钠、氢氧化钠、氢氧化钾、氨基钠、氢化钠中的一种或几种混合；步骤2中所述的碱催化剂为氢氧化钠或氢氧化钾，所述的溶剂为水、甲醇、乙醇的一种或几种混合；季铵盐阳离子试剂为3-氯-2羟丙基三甲基卤化铵或3-氯-2 羟丙基三乙基卤化铵的一种或几种混合。
所述的混凝土抗泥牺牲剂制备方法，其特征在于仲胺起始物优选吡咯、哌啶、吲哚中的一种。
所述的混凝土抗泥牺牲剂，其特征在于R1和R2均优选直链或分支的C1至C8芳基、芳烃烷基或至少含有一个氧或氮原子的杂烷基、杂环烷基或杂环芳基。
所述的混凝土抗泥牺牲剂，其特征在于R1优选直链或分支的C1至C8烷基；R2优选直链或分支的C1至C8芳基、芳烃烷基或至少含有一个氧或氮原子的杂烷基、杂环烷基或杂环芳基。
所述的混凝土抗泥牺牲剂，其特征在于R1和R2均优选直链或分支的C1至C8烷基，环氧乙烷的重复单元数n优选3-12，环氧丙烷的重复单元数m为0；Y为2-羟丙基三甲基胺或2-羟丙基三乙基胺；X为Cl、Br或I离子。
所述的混凝土抗泥牺牲剂，其特征在于优选C4至C10的脂环季铵基或芳环季铵基，环氧乙烷的重复单元数n优选6-24，环氧丙烷的重复单元数m优选0-6；Y为2- 羟丙基三甲基胺或2-羟丙基三乙基胺；X为Cl、Br或I离子。
本发明的技术原理和优势在于：
1)本发明公开的混凝土抗泥牺牲剂为小分子表面活性剂，其结构中的EO和PO嵌段加成物容易插入粘土层状结构中，且端基为季铵盐封端的阳离子，能吸附到粘土中作为抗泥牺牲剂，减少粘土对聚羧酸减水剂的吸附；
2)本发明公开的混凝土抗泥牺牲剂制备过程简单，原料易得，且制备过程中不需要使用有机溶剂，绿色环保，经济效益高。
基于以上特点，本发明公开的混凝土抗泥牺牲剂在含泥量高的混凝土中加入，能够明显提高混凝土的流动性，减少聚羧酸减水剂的用量，性能优良。
具体实施案例
以下参考具体实施例，对发明做进一步说明，但不对发明造成任何限制。
实施例1
将1摩尔二正丙胺在氢氧化钠为催化剂的条件下与4摩尔环氧乙烷进行加成反应，然后再加入2摩尔环氧丙烷继续进行加成反应，将制得的加成产物与2.2摩尔的3-氯-2- 羟丙基三甲基氯化铵在氢氧化钠、水和甲醇存在的情况下反应6小时，制得抗泥牺牲剂 S1。
实施例2
1摩尔N-甲基苯胺和6摩尔环氧乙烷用乙醇钠为催化剂进行加成反应得到甲基苯胺聚氧乙烯醚，然后将制得的甲基苯胺聚氧乙烯醚和水加入到容器中，加入固体氢氧化钠加热溶解，滴加2.4摩尔3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵水溶液，搅拌12小时，制得抗泥牺牲剂S2。
实施例3
将1摩尔吡咯和8摩尔环氧乙烷在氢氧化钾为催化剂的条件下进行加成反应制得聚氧乙烯吡咯胺；
将氢氧化钾溶于水下，搅拌冷却后，加入2.2摩尔3-氯-2-羟丙基三乙基氯化铵继续搅拌均匀，将制得的聚氧乙烯吡咯胺溶于水和甲醇的混合溶剂中，缓慢加入到3-氯-2-羟丙基三乙基氯化铵的氢氧化钾水溶液中，保温反应8小时，制得抗泥牺牲剂S3。
实施例4
将1摩尔二苄胺在氢氧化钠为催化剂的条件下与12摩尔环氧乙烷进行加成反应制得加成产物；
将氢氧化钠溶于水下，搅拌冷却后，加入2.5摩尔3-氯-2-羟丙基三乙基氯化铵继续搅拌均匀，将上述制得的加成产物溶于甲醇中，缓慢加入到3-氯-2-羟丙基三乙基氯化铵的氢氧化钠水溶液中，保温反应12小时，制得抗泥牺牲剂S4。
实施例5
将1摩尔二异丙胺在氢氧化钠为催化剂的条件下与6摩尔环氧乙烷进行加成反应制得加成产物，将氢氧化钠溶于水下，搅拌冷却后，加入2.3摩尔3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵继续搅拌均匀，投入制得的加成产物升温搅拌6小时，制得抗泥牺牲剂S5。
应用评价：
对以上5个实施例进行应用性能评价，混凝土坍落度和扩张度均按照国标GB/T50080 《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行测试，外加剂采用上海三瑞高分子材料股份有限公司市售的VIVID-500聚羧酸减水剂，混凝土配合比如表1所示，抗泥牺牲剂性能测试如表2所示：
表1混凝土配合比
材料 PO.42.5水泥 含泥河砂 石子 用水量 外加剂掺量
用量/m<sup>3</sup> 360kg 837kg 1001kg 155kg 3.6kg
注：河砂含泥量6％，外加剂采用聚羧酸减水剂；
表2混凝土性能测试结果
从表2中可以看出，未加入抗泥牺牲剂时，混凝土初始坍落度较小，三十分钟内丧失流动性，而加入不同的抗泥牺牲剂后，初始坍落度明显有提高，三十分钟后仍然保持一定的流动性，说明加入抗泥牺牲剂后明显改善了混凝土的施工性，抗泥效果明显。

Claims (7)

1.一种混凝土抗泥牺牲剂，其特征在于，它具有以下通式：
其中：R1、R2分别各自为直链或分支的C1至C8烷基、芳基、芳烃烷基或至少含有一个氧或氮原子的杂烷基、杂环烷基或杂环芳基；n为1至45的任意整数，m为0至10的任意整数；为C4至C10的脂环季铵基、烷基取代的脂环季铵基、芳环季铵基、烷基取代的芳环季铵基或稠环季铵基；Y为2-羟丙基三甲基胺或2-羟丙基三乙基胺；X为Cl、Br或I离子。
2.一种权利要求1所述的混凝土抗泥牺牲剂的制备方法，其特征在于，它是由以下步骤制备获得：
步骤1：将仲胺起始物与环氧乙烷、环氧丙烷在催化剂存在的情况下进行加成反应，其中，仲胺起始物是具有以下结构通式的化合物：
其中，R4和R5分别各自为直链或分支的C1至C8烷基、芳基、芳烃烷基或至少含有一个氧或氮原子的杂烷基、杂环烷基或杂环芳基；为C4至C10的脂环仲胺、烷基取代的脂环仲胺、芳环仲胺、烷基取代的芳环仲胺或稠环仲胺；仲胺起始物、环氧乙烷与环氧丙烷的摩尔比为1:1～45:0～10；
步骤2：将步骤1制得的加成产物在碱催化剂、溶剂存在的条件下与季铵盐阳离子试剂进行反应，得到所述混凝土抗泥牺牲剂；所述加成产物与季铵盐阳离子试剂反应的摩尔比为1:1～3；其中：
步骤1中所述的催化剂为乙醇钠、氢氧化钠、氢氧化钾、氨基钠、氢化钠中的一种或几种混合；
步骤2中所述的碱催化剂为氢氧化钠或氢氧化钾；所述的溶剂为水、甲醇、乙醇的一种或几种混合；季铵盐阳离子试剂为3-氯-2羟丙基三甲基卤化铵或3-氯-2羟丙基三乙基卤化铵的一种或几种混合。
3.根据权利要求2所述的混凝土抗泥牺牲剂制备方法，其特征在于仲胺起始物优选吡咯、哌啶、吲哚中的一种。
4.根据权利要求1所述的混凝土抗泥牺牲剂，其特征在于，所述R1和R2均优选直链或分支的C1至C8芳基、芳烃烷基或至少含有一个氧或氮原子的杂烷基、杂环烷基或杂环芳基。
5.根据权利要求1所述的混凝土抗泥牺牲剂，其特征在于，所述R1优选直链或分支的C1至C8烷基；R2优选直链或分支的C1至C8芳基、芳烃烷基或至少含有一个氧或氮原子的杂烷基、杂环烷基或杂环芳基。
6.根据权利要求1所述的混凝土抗泥牺牲剂，其特征在于，所述R1和R2均优选直链或分支的C1至C8烷基，环氧乙烷的重复单元数n优选3-12，环氧丙烷的重复单元数m为0；Y为2-羟丙基三甲基胺或2-羟丙基三乙基胺；X为Cl、Br或I离子。
7.根据权利要求1所述的混凝土抗泥牺牲剂，其特征在于，优选C4至C10的脂环季铵基或芳环季铵基，环氧乙烷的重复单元数n优选6-24，环氧丙烷的重复单元数m优选0-6；Y为2-羟丙基三甲基胺或2-羟丙基三乙基胺；X为Cl、Br或I离子。
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