CN109651566B - 一种降粘型聚羧酸减水剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及建筑材料中混凝土外加剂技术领域，具体涉及一种降粘型聚羧酸减水剂及其制备方法。该降粘型聚羧酸减水剂采用包括如下各组分原料经聚合反应制得：嵌段改性不饱和聚氧乙烯醚、不饱和羧酸、功能性单体、通过在引发剂及链转移剂的作用下，通过共聚反应并加碱中和制备而成。本发明采用嵌段改性不饱和聚氧乙烯醚作为原料，该嵌段聚醚侧链含有疏水基团，分子结构舒展度更好，通过加入不同功能基团进行结构优化，可以得到性能优异的降粘减水剂。本发明具有成本低，分散性能好，降粘效果明显，引气量低，地材适应性强等优点，适合应用在高强度混凝土、低水胶比的自密实混凝土上，能大幅度提高混凝土的泵送性能。

Description

一种降粘型聚羧酸减水剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料中混凝土外加剂技术领域，具体涉及一种降粘型聚羧酸减水剂及其制备方法。
背景技术
随着中国城市化的进行及建筑行业的不断发展，建筑工程行业出现了大量C60以上强度的混凝土。这些混凝土具有强度高、整体性好、自重小等优点，在桥梁工程及高层建筑中得到了大量的应用。这些高强度混凝土采用大量的胶凝材料和较低的水胶比，导致混凝土出现粘度高，流动速度慢的问题。高强度混凝土高粘度成为了其施工应用中的一大难题，混凝土的高粘度将导致泵送压力过大、堵泵等一系列的施工问题。同时，也为混凝土布料增加了很大的工作量。因此，应用于高强度混凝土的减水剂，不仅需要良好的减水保坍性能，还需要优良的降粘性能。
目前在混凝土降粘领域，主要采用的是两种方法：一种是复配具有降粘作用的成分(如聚乙二醇，引气剂)或掺和骨料(如粉煤灰，硅粉等)，以达到降低混凝土粘度，改善混凝土性能。另外一种方法则是直接合成带有降粘作用的降粘减水剂。
公开号为CN20091077550是在聚羧酸减水母液的基础上，通过复配带有降粘作用的组分聚乙二醇，但该组分成本高，且无减水作用，经济效益差。公开号为CN102775110报道了在制备超高强混凝土中，采用沸石粉和葡萄糖酸钠作为降粘保塑剂，再辅助超细矿渣粉、微细石灰石粉和微珠，大大降低了超高强混凝土的粘度。这些措施，掺量高达10％以上，大幅度增加混凝土成本，并且超细无机粉体堆积密度小，单位体积质量小，不方便运输和使用。
公开号为CN10426225A公开了一种降粘型聚羧酸系减水剂的制备方法，该方法以季铵盐类不饱和小单体，不饱和脂类小单体，不饱和酸类小单体个不饱和聚酯大单体合成聚羧酸减水剂，该减水剂具有较好的减水与保坍性能，带有一定的降粘效果，本产品的技术优点更多集中在减水率及保坍方面，降粘效果较为一般。且该减水剂制备过程较为复杂，工序较多，不利于大生产。公开号为100402457C公布了一种多羧酸混凝土外加剂，由(甲基)丙烯酸烷基酯单体、特定的聚亚烷基二醇不饱和大单体和不饱和酸单体通过自由基共聚反应制备，所得产品具有优异的水泥分散性，能够降低混凝土屈服应力和粘度。但该方法具有生产成本高，保坍效果差、降粘性能不足等缺点。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种降粘型聚羧酸减水剂及其制备方法，可以解决生产成本高，保坍效果差和降粘性能不足的问题。
一种降粘型聚羧酸减水剂，按重量份数包括：去离子水160-180份，嵌段改性不饱和聚氧乙烯醚260-300份，不饱和羧酸12-25份，功能性单体5-20份，链转移剂0.3-1.0份，氧化剂0.2-1.3份，还原剂0.1-0.6份，中和剂2-4份。
优选的，所述嵌段改性不饱和聚氧乙烯醚的平均分子量为3000-6000。
优选的，所述不饱和羧酸为丙烯酸、马来酸或甲基丙烯酸中的一种或多种。
优选的，所述功能性单体为丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲氧基丙烯酸丁酯、聚丙烯酰胺、乙二醇二丙烯酸酯或乙二醇二甲基丙烯酸酯中的一种或多种。
优选的，所述链转移剂为巯基乙酸、巯基乙醇、巯基丙酸、次亚磷酸钠或甲基丙烯基磺酸钠中的一种或多种。
优选的，所述氧化剂为双氧水或过硫酸类化合物中的一种或多种。
优选的，所述还原剂为维生素C、吊白块、莫尔盐或亚硫酸氢钠中的一种或多种。
优选的，所述中和剂为氢氧化钾、氢氧化钠或三乙醇胺的一种或多种。
本发明采用的是大分子嵌段改性不饱和聚氧乙烯醚，该聚醚通过加成环氧丙烷，在聚醚结构分子上嵌入疏水基团，与普通的聚醚分子相比，带有两性基团结构的聚醚在分子结构上更加多样化，在混凝土中能更好地舒展分子链，表现出良好的分散性，同时分子侧链中引入疏水基团，能降低HLB值，减少自由水与分子结合，表现出低粘度高减水的效果。
本发明中通过加入不同功能基团对分子链进行优化，如引入甲基丙烯酸甲酯、乙二醇二丙烯酸酯等基团，可以改变颗粒间水膜厚度，增大聚羧酸减水剂吸附层厚度，减少了混凝土颗粒间的作用力，防止颗粒的团聚，并起到润滑作用，以达到降低混凝土粘度的效果。
上述的降粘型聚羧酸减水剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，在反应釜中加入120-150份去离子水、嵌段改性不饱和聚氧乙烯醚，边加热边搅拌溶解均匀，保持温度35-60℃，然后加入氧化剂；
步骤二，将不饱和羧酸、功能性单体溶于10份去离子水中配制成A料备用，将链转移剂、还原剂溶于10份去离子水中配制成B料备用；
步骤三，向反应釜中同时匀速滴加已配置好的A料和B料，A料滴加2-4小时，B料滴加3-5小时，保温反应1-2小时；
步骤四，加入中和剂，使得中和至pH为6-8，补入剩余的去离子水至固含量为40-60％，得到降粘型聚羧酸减水剂。
本发明与现有的技术对比，有以下优点：
1、创新性采用大分子嵌段不饱和聚醚作为分子侧链，与现在市场上普遍采用低分子聚醚生产的降粘减水剂对比，具有减水率高、成本低廉，工艺简单，经济效益好的优点。
2、本发明具有良好的降粘性能与保坍性能，能有效降低高强度混凝土的粘度，满足施工的要求。尤其适用在高强度与超高强度混凝土、自密实混凝土上。
3、本发明绿色环保，产品中不含氯离子成分，对混凝土钢筋无腐蚀危害。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种降粘型减水剂，原料以重量份数计算。在配置有搅拌器、温度计、滴加装置的玻璃反应器中，加入去离子水145份，分子量M为4000的嵌段改性不饱和聚氧乙烯醚160份，边搅拌边加热，保持温度在50℃，待物料溶解后投入30％双氧水0.32份；然后匀速滴加由丙烯酸20份、丙烯酸羟乙酯6份、甲基丙烯酸甲酯5份、丙烯酸甲酯3份、去离子水10份组成的A料，滴加时间控制在2.5h；滴加由巯基乙酸0.89份、抗环血酸0.41份、去离子水10份组成的B料，滴加时间控制在3h。滴加完成后继续保持50℃反应1.5h；反应完后加入30％的氢氧化钠溶液2.6份中和PH至6-7，加入去离子水110份稀释到固含量40％。
实施例2
一种降粘型减水剂，原料以重量份数计算。在配置有搅拌器、温度计、滴加装置的玻璃反应器中，加入去离子水145份，分子量M为4000的嵌段改性不饱和聚氧乙烯醚160份，边搅拌边加热，保持温度在45℃，待物料溶解后投入30％双氧水0.30份；然后匀速滴加由丙烯酸17份、丙烯酸羟乙酯7份、甲基丙烯酸甲酯3份、丙烯酸丁酯3份、去离子水10份组成的A料，滴加时间控制在3h；滴加由巯基乙醇0.63份、抗环血酸0.39份、去离子水10份组成的B料，滴加时间控制在3h，滴加完成后继续保持45℃反应1.5h；反应完后加入30％的氢氧化钠溶液2.1份中和PH至6-7，加入去离子水100份稀释到固含量40％。
实施例3
一种降粘型减水剂，原料以重量份数计算。在配置有搅拌器、温度计、滴加装置的玻璃反应器中，加入去离子水145份，分子量M为5000的嵌段改性不饱和聚氧乙烯醚160份，边搅拌边加热，保持温度在50℃，待物料溶解后投入30％双氧水0.41份；然后匀速滴加由丙烯酸15份、丙烯酸羟丙酯6份、甲基丙烯酸甲酯4份、乙二醇二甲基丙烯酸酯3份、去离子水10份组成的A料，滴加时间控制在3h；由巯基丙酸0.82份、抗环血酸0.28份、去离子水10份组成的B料，滴加时间控制在3h，滴加完成后继续保持50℃反应1.5h；反应完后加入30％的氢氧化钾溶液2.1份中和PH至6-7，加入去离子水100份稀释到固含量40％。
实施例4
一种降粘型减水剂，原料以重量份数计算。在配置有搅拌器、温度计、滴加装置的玻璃反应器中，加入去离子水145份，分子量M为6000的嵌段改性不饱和聚氧乙烯醚160份，聚丙烯酰胺3份，边搅拌边加热，保持温度在50℃，待物料溶解后投入过硫酸铵1.22份；然后匀速滴加由丙烯酸15份、丙烯酸羟丙酯8份、甲基丙烯酸甲酯6份、乙二醇二丙烯酸酯3份、去离子水10份组成的A料，时间控制在3h。滴加巯基丙酸0.78份、抗环血酸0.33份、去离子水10份组成的B料，时间控制在3.5h，滴加完成后继续保持50℃反应1.5h；反应完后加入30％的氢氧化钾溶液2.1份中和PH至6-7，加入去离子水100份稀释到固含量40％。
对比例1
一种常规降粘减水剂，原料以重量份数计算。在配置有搅拌器、温度计、滴加装置的玻璃反应器中，加入去离子水109份，奥克化学OXVR-403聚醚(分子量M为1200)165份，待溶解后加入双氧水0.28份。然后滴加由丙烯酸19份，甲基丙烯酸甲酯7份、去离子水10份组成的A料，时间控制在3h。滴加由巯基乙醇0.9份，抗坏血酸0.3份、去离子水10份组成的B料，时间控制在3小时。滴加完成后继续反应1h；反应完后加入30％的氢氧化钠溶液2.7份中和PH至6-7，加入去离子水140份稀释到固含量40％。
对比例2
广东瑞安PC-12降粘减水剂，含固量40％。
混凝土性能测试依照GB8076-2008规定的方法，将实施例1-4和对比例1、2得到的减水剂进行对比实验。试验采用的是表1的高强度混凝土配合比。混凝土的含气量控制在2.5-3.5％，混凝土初始扩展度控制在500-570mm。粘度测试采用通用的倒筒法，通过计算混凝土完全流出倒筒的时间长短，得出混凝土粘度的大小。得到的测试结果见表2；
表1：高强度混凝土配合比
强度等级 水泥 砂 中石 小石 水 水胶比
C60 3.7 4.3 5.14 2.57 1.15 0.27
表2：高强度混凝土性能测试结果
Figure BDA0001904979460000061
表2实验结果表明，在掺量相同的情况下，本发明实施例与对比例中，减水率提高，倒筒时间缩短，混凝土工作性能好。说明本发明制备的降粘型聚羧酸减水剂与普通短侧链降粘减水剂有明显的综合性能优势，同时掺加本发明的减水剂后期强度没有降低，7d能达到50％以上，28d能达到60Mpa以上，证明掺加本发明对混凝土强度没有不良影响。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，故凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例做的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案范围。

Claims (6)

1.一种降粘型聚羧酸减水剂，其特征在于，原料以重量份数计由以下物质组成：去离子水260-300份，嵌段改性不饱和聚氧乙烯醚100-190份，不饱和羧酸12-25份，功能性单体5-20份，链转移剂0.3-1.0份，氧化剂0.2-1.3份，还原剂0.1-0.6份，中和剂2-4份；
所述嵌段改性不饱和聚氧乙烯醚的平均分子量为3000-6000；
所述功能性单体为丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲氧基丙烯酸丁酯、乙二醇二丙烯酸酯或乙二醇二甲基丙烯酸酯中的一种或多种；
所述不饱和羧酸为丙烯酸、马来酸或甲基丙烯酸中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的一种降粘型聚羧酸减水剂，其特征在于，所述链转移剂为巯基乙酸、巯基乙醇、巯基丙酸、次亚磷酸钠或甲基丙烯基磺酸钠中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种降粘型聚羧酸减水剂，其特征在于，所述氧化剂为双氧水或过硫酸类化合物中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种降粘型聚羧酸减水剂，其特征在于，所述还原剂为维生素C、吊白块、莫尔盐或亚硫酸氢钠中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种降粘型聚羧酸减水剂，其特征在于，所述中和剂为氢氧化钾、氢氧化钠或三乙醇胺的一种或多种。
6.根据权利要求1的一种降粘型聚羧酸减水剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，在反应釜中加入120-150份去离子水、嵌段改性不饱和聚氧乙烯醚，边加热边搅拌溶解均匀，保持温度35-60℃，然后加入氧化剂；
步骤二，将不饱和羧酸、功能性单体溶于10份去离子水中配制成A料备用，将链转移剂、还原剂溶于10份去离子水中配制成B料备用；
步骤三，同时向反应釜中匀速滴加已配置好的A料和B料，A料滴加2-4小时，B料滴加3-5小时，保温反应1-2小时；
步骤四，加入中和剂中和至pH为6-8，补入剩余的去离子水至固含量为40-60％，得到降粘型聚羧酸减水剂。
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