CN110128603A - 低温条件下稳定合成聚羧酸减水剂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于建筑材料，特别是混凝土外加剂领域，具体涉及低温条件下稳定合成聚羧酸减水剂的方法；制备方法包括以下步骤：1)低温下，将不饱和聚醚大单体和水加入反应釜搅拌溶解；2)将铁氧化物和氧化剂加入反应釜；3)同时滴加A液和B液，A液为不饱和羧酸和/或不饱和酯水溶液，B液为还原剂和链转移剂混合水溶液，A液滴加60‑150min,B液滴加90‑180min；3)滴加完熟化30min，加入氢氧化钠，调整pH。本发明的聚羧酸合成以铁氧化物为催化剂，氧化剂采用提前加入的方式投入反应釜，合成过程无需加热，聚醚利用率高，聚羧酸性能稳定。该合成方法环保高效，能够在工业中大量应用。

Description

低温条件下稳定合成聚羧酸减水剂的方法
技术领域
本发明属于建筑材料，特别是混凝土外加剂领域，具体涉及低温条件下稳定合成聚羧酸减水剂的方法。
背景技术
高性能混凝土技术飞速发展，聚羧酸高性能减水剂成为高性能混凝土发展过程中不可或缺的重要组分之一。由于聚羧酸高性能减水剂自带的掺量低、减水率高、相容性好、绿色环保等优点，已在高铁、水利水电、核电等重大工程中广泛应用，逐步成为减水剂技术发展的热点和方向。
在减水剂的合成方面，常温(20-35℃)和低温(5-20℃)合成已经成为聚羧酸减水剂行业工业生产的必然趋势。聚羧酸减水剂常温合成解决了聚羧酸减水剂的需加热生产问题，大幅度降低减水剂的生产成本，同时，减少煤炭、燃气或电力等能源的使用量和二氧化碳的排放量，更大程度上实现聚羧酸减水剂的绿色环保生产，对贯彻执行节能减排措施具有重要意义。
常温合成聚羧酸通过选择适合的引发体系现已能够大量的推广生产，而低温聚合在实际应用中依然还存在诸多问题，这对于冬季时期的生产会产生较大影响。温度过低时，自由基无法持续产生，活性单体双键打开缓慢，引发效率大大下降，从而导致聚合物分子量不合理，单体转化率大大下降，多数单体无法完成聚合，聚醚利用率低，合成时间长；另一方面，由于温度的不稳定，导致聚合物分子量及分子量分布波动大，合成产品的应用性能不稳定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低温条件下稳定合成聚羧酸减水剂的方法，该方法合成的聚羧酸减水剂聚醚大单体利用率高，产品性能稳定，聚合时间短，并将之运用于实际生产。
本发明解决上述问题采用的方案为：
一种低温条件下稳定合成聚羧酸减水剂的方法，其原料包括如下质量份数的组分：不饱和聚醚大单体400-460份，不饱和羧酸和/或不饱和酯类小单体20-80份，铁氧化物0.1-0.3份，氧化剂3-5份，还原剂0.5-2.0份，链转移剂1.5-3.0份，氢氧化钠10-40份；
制备方法具体包括如下步骤：
步骤1)：在5-20℃下，将不饱和聚醚大单体和水以质量比1:1-1.5:1加入反应釜，搅拌溶解；
步骤2)：向反应釜加入铁氧化物和氧化剂；
步骤3)：同时滴加A液和B液，A液为不饱和小单体水溶液，滴加60-150min，B液为还原剂和链转移剂混合水溶液，滴加90-180min；
步骤4)：滴加完熟化30min，加入氢氧化钠，调整pH。
进一步，所述的铁氧化物为三氧化二铁、氧化亚铁、四氧化三铁中的一种或几种。
进一步，所述不饱和聚醚大单体为甲基烯丙醇聚氧乙烯醚、异戊烯醇聚氧乙烯醚、乙烯基乙二醇聚氧乙烯醚、乙烯基丁二醇聚氧乙烯醚中的一种或几种。
进一步，所述的不饱和羧酸小单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸酐、衣康酸中的一种或几种；所述的不饱和酯为丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯中的一种或几种。
进一步，所述的氧化剂为双氧水、过硫酸铵、过硫酸钾中的一种或几种。
进一步，所述还原剂为维C、硫酸亚铁、硫代硫酸钠中的一种或几种。
进一步，所述链转移剂为巯基丙酸、巯基乙酸、巯基乙醇中的一种或几种。
本发明有益的技术效果是：本发明在低温合成聚羧酸减水剂时加入了少量铁氧化物作为催化剂，且氧化剂采用一次性投料的方式加入，引发效率高，自由基能够持续产生，合成的聚羧酸大单体转化率极高，聚醚利用率高，合成过程不受外界温度影响，合成产品性能稳定且优异。铁氧化物作为催化剂，用量少、成本低、无环境污染。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。
实施例1
在5-20℃条件下，将分子量2400的异戊烯醇聚氧乙烯醚460g和360g水加入四口瓶反应釜中搅拌溶解。向反应釜中加入0.2g三氧化二铁和氧化亚铁混合物(Fe2O3:FeO＝1:3),再加入3g过硫酸铵。将31g丙烯酸和57g水混合得到A液。将1.25g维C和2.2g巯基丙酸与65g水混合得到B液。同时滴加A液和B液，A液滴加150min，B液滴加180min，滴加过程无需加热或者控温。滴加完毕后熟化30min，之后加入15g氢氧化钠。加入水调节固含，即得到保坍性能优异的聚羧酸减水剂。
实施例2
在5-20℃条件下，将分子量2400的甲基烯丙醇聚氧乙烯醚420g和380g水加入四口瓶反应釜中搅拌溶解。向反应釜中加入0.2g四氧化三铁,再加入3.2g过硫酸钾。将20g丙烯酸和55g丙烯酸羟乙酯与20g水混合得到A液。将0.6g维C和1.9g巯基乙酸与45g水混合得到B液。同时滴加A液和B液，A液滴加120min，B液滴加150min，滴加过程无需加热或者控温。滴加完毕后熟化30min，之后加入10g氢氧化钠。加入水调节固含，即得到超保坍型的聚羧酸减水剂。
实施例3
在5-25℃条件下，将分子量3000的乙烯基乙二醇聚氧乙烯醚400g和320g水加入四口瓶反应釜中搅拌溶解。向反应釜中加入0.15g铁锈,再加入4g质量分数30％的双氧水。将35g丙烯酸与70g水混合得到A液。将1.0g维C和2.6g巯基乙醇与50g水混合得到B液。同时滴加A液和B液，A液滴加60min，B液滴加70min，滴加过程水浴控温不超过30℃。滴加完毕后熟化20min，之后加入15g氢氧化钠。加入水调节固含，即得到综合性能优异的聚羧酸减水剂。
实施例4-7如表1所示。
表1 实施例原料组合表(单位/g)
本发明还可选用所述的不饱和聚氧乙烯醚大单体、不饱和羧酸和/或不饱和酯类小单体、铁氧化物或铁锈、氧化剂、还原剂、链转移剂内可选组分的自由组合，总质量份数符合本发明的限制即可。
将上述实例1-3中制得的聚羧酸样品与对比例1-3制得的样品进行GPC凝胶色谱分析，对比合成样品的分子量分布及大单体转化率，具体分析检测结果见表2。
对比例与实施例原料相同，不同之处仅在于对比例步骤2)中不加入铁氧化物。
表2 GPC数据分析1
从表2看出，在低温条件下，三个实例制备的聚羧酸减水剂大单体转化率都明显高于对比例，聚醚单体利用率极高，因此对应用性能的提升也较大。
将上述实例1在5℃下制备减水剂PC1,在15℃下制备减水剂PC2，在25℃下制备减水剂PC3，在35℃下制备减水剂PC4，对4个减水剂样品进行GPC分析，分析检测结果见表3，并对样品进行减水剂净浆检测，试验采用P.O42.5华新水泥，检测方法参见GB-8077-2012，净浆流动数据表见表4。
表3 GPC分析数据2
从表3看出，在不同温度(包括低温和常温条件下)合成的减水剂，分子量、分子量分布、大单体转化率都不产生较大波动，制备方法稳定。
表4 水泥净浆流动度
从表4看出，在不同温度(包括低温和常温条件下)合成的减水剂产品应用性能稳定，可以进行工业化生产。
本发明不受上述实例的限制，上述实例和说明书中描述了本发明的原理和操作方法，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都要落入要求保护的本发明范围内。

Claims (7)

1.一种低温条件下稳定合成聚羧酸减水剂的方法，其特征在于，原料包括如下质量份数的组分：不饱和聚醚大单体400-460份，不饱和羧酸和/或不饱和酯类小单体20-80份，铁氧化物0.1-0.3份，氧化剂3-5份，还原剂0.5-2.0份，链转移剂1.5-3.0份，氢氧化钠10-40份；
制备方法具体包括如下步骤：
步骤1)：在5-20℃下，将不饱和聚醚大单体和水以质量比1:1-1.5:1加入反应釜，搅拌溶解；
步骤2)：向反应釜加入铁氧化物和氧化剂；
步骤3)：同时滴加A液和B液，A液为不饱和小单体水溶液，滴加60-150min，B液为还原剂和链转移剂混合水溶液，滴加90-180min；
步骤4)：滴加完熟化30min，加入氢氧化钠，调整pH。
2.根据权利要求1所述的低温条件下稳定合成聚羧酸减水剂的方法，其特征在于：所述的铁氧化物为三氧化二铁、氧化亚铁、四氧化三铁中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的低温条件下稳定合成聚羧酸减水剂的方法，其特征在于：所述不饱和聚醚大单体为甲基烯丙醇聚氧乙烯醚、异戊烯醇聚氧乙烯醚、乙烯基乙二醇聚氧乙烯醚、乙烯基丁二醇聚氧乙烯醚中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的低温条件下稳定合成聚羧酸减水剂的方法，其特征在于：所述的不饱和羧酸小单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸酐、衣康酸的一种或几种；所述的不饱和酯为丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的低温条件下稳定合成聚羧酸减水剂的方法，其特征在于：所述的氧化剂为双氧水、过硫酸铵、过硫酸钾中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的低温条件下稳定合成聚羧酸减水剂的方法，其特征在于：所述还原剂为维C、硫酸亚铁、硫代硫酸钠中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的低温条件下稳定合成聚羧酸减水剂的方法，其特征在于：所述链转移剂为巯基丙酸、巯基乙酸、巯基乙醇中的一种或几种。
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