CN110642992B - 一种早强型酯类聚羧酸减水剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种早强型酯类聚羧酸减水剂的制备方法，包括：(1)交联单体制备；(2)共聚反应；(3)中和反应。本发明利用甲基烯丙醇与巴豆酸进行酯化制备交联单体，具有成本低廉、操作简便的优点，而且所制得的交联单体和大分子量的酯类大单体引入到共聚反应中，制备短主链长侧链的倒“T”型结构的聚羧酸减水剂，交联单体的大分子结构和超长的PEO长侧链在液相中形成较厚的聚合物分子吸附层，从而形成庞大的立体吸附结构产生空间位阻作用，使水泥颗粒相互排斥而分散；而且交联单体的大分子结构和超长的PEO侧链结构使得水与颗粒接触点变多，水化活点增多，明显缩短诱导期，进而缩短凝结时间和提高水泥基材料的早期强度。

Description

一种早强型酯类聚羧酸减水剂的制备方法
技术领域
本发明属于建筑外加剂技术领域，具体涉及一种早强型酯类聚羧酸减水剂的制备方法。
背景技术
随着我国科学技术的发展以及人们环保意识逐渐提高，装配式混凝土结构逐渐受到人们的关注，而我国建设规模大，建设施工速度快，因此，发展装配式混凝土结构是必然趋势。在确保混凝土最终性能的条件下，提高混凝土早期强度，缩短混凝土收面时间的技术显得越来越重要，瑞士西卡公司、日本触媒公司、德国BASF公司纷纷推出性能新产品，已经用于混凝土预制构件生产和要求配制早强的混凝土。但国内在这方面的研究实际效果并不理想，而常常采用通用型聚羧酸系减水剂复配三乙醇胺的效果是十分有限，产品也主要依靠进口，在重点工程比如地铁管片的生产中基本上被国外公司产品所垄断，因此为了迎合国内外市场需求、打破国外公司垄断，提升企业市场竞争力，开发一种早强型酯类聚羧酸减水剂具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种早强型酯类聚羧酸减水剂的制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种早强型酯类聚羧酸减水剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)交联单体制备：将甲基烯丙醇、巴豆酸、第一催化剂和阻聚剂加入到装有冷凝装置的第一反应装置中，在氮气保护下，于100～130℃下恒温反应4～6h，反应结束后降温到40℃后，即得交联单体；上述第一催化剂为活性炭固载磷钨酸，上述阻聚剂为4-叔丁基邻苯二酚、对苯二酚、2，5-二叔丁基对苯二酚、甲基对苯二酚或对苯醌；
(2)共聚反应：先将步骤(1)制得的交联单体、偶氮类引发剂、第二催化剂和水加入到第二反应装置中；将酯类大单体、阳离子单体、丙烯酸与水混合均匀于第一滴加装置中；将氧化剂与水混合均匀于第二滴加装置中；将还原剂、链转移剂与水混合均匀于第三滴加装置中；在常温下向第二反应装置中依次开始滴加第二滴加装置、第三滴加装置和第一滴加装置中的物料，于1～1.5h分别滴加完第一滴加装置、第三滴加装置、第二滴加装置中的物料，恒温反应0.4～0.6h；上述偶氮类引发剂为偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丁腈或N，N′-二羟乙基偶氮二异丁脒盐酸盐，上述第二催化剂为硫酸锰、氯化锆或氯化锌中的一种或两种，上述酯类大单体为分子量为3000的聚丙二醇二(甲基)丙烯酸酯或聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯，上述阳离子单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵或丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，上述链转移剂为叔十二烷基硫醇或正丁硫醇；
(3)中和反应：在步骤(2)所得的物料中，加入适量中和剂水溶液，即得到所述早强型酯类聚羧酸减水剂。
在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(1)中，甲基烯丙醇、巴豆酸、第一催化剂和阻聚剂的质量比为100∶140～215∶1～2.5∶0.8～3。
在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(2)的第二反应装置中，步骤(1)制得的交联单体、偶氮类引发剂、第二催化剂和水的质量比为10～15∶1.5～3∶0.05～1.5∶75～120。
在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(2)的第一滴加装置中，酯类大单体、阳离子单体、丙烯酸与水的质量比为80∶3～8∶5～10∶20。
在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(2)的第二滴加装置中，氧化剂和水的质量比为1.5～3∶20。
在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(2)的第三滴加装置中，还原剂、链转移剂和水的质量比为2～4∶1～3∶20。
在本发明的一个优选实施方案中，所述氧化剂为双氧水、过硫酸钠或过硫酸铵。
在本发明的一个优选实施方案中，所述还原剂为抗坏血酸、异抗坏血酸、硫酸亚铁、亚硫酸氢钠、焦磷酸亚铁或氯化亚铁。
在本发明的一个优选实施方案中，所述中和剂为氢氧化钠、叔丁醇钠或甲醇钠。
本发明的有益效果是：
1、本发明的制备方法利用甲基烯丙醇与巴豆酸进行酯化制备交联单体，具有成本低廉、操作简便的优点，而且所制得的交联单体和大分子量的酯类大单体引入到共聚反应中，制备短主链长侧链的倒“T”型结构的聚羧酸减水剂，交联单体的大分子结构和超长的PEO长侧链在液相中形成较厚的聚合物分子吸附层，从而形成庞大的立体吸附结构产生空间位阻作用，使水泥颗粒相互排斥而分散；而且交联单体的大分子结构和超长的PEO侧链结构使得水与颗粒接触点变多，水化活点增多，明显缩短诱导期，促进C3A的水化，加快AFt的生成，进而缩短凝结时间和提高水泥基材料的早期强度。
2、本发明的制备方法通过引入阳离子单体共聚，使得聚羧酸减水剂分子带上正电荷，由于反聚电解质效应的存在，该聚羧酸减水剂在水泥浆体碱性环境中分子链发生舒展，分子尺寸较大，阴阳离子密度的合理控制，可有效的减弱阴离子与Ca2+的络合作用，而造成的缓凝的现象。
3、本发明共聚工艺中引入催化剂，可以有效的提高反应效率，缩短反应时间，节约生产成本。
4、本发明共聚工艺中使用低温引发体系和中高温偶氮类引发剂复合引发，不仅在初始低温条件下可进行聚合反应，而且利用聚合反应产生的热量，促使中高温偶氮类引发剂继续引发溶液中残余单体的聚合，有效地提高单体的转化率，使反应更加完全，减少反应单体残留，有利于减水剂性能的提高，有效避免原材料的浪费，有利于获得具有较好分散性和分散性保持能力的高转化率嵌段聚合物。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。
实施例1
(1)交联单体制备：按重量份计，将100份的甲基烯丙醇、143份巴豆酸、1.2份活性炭固载磷钨酸和2.5份4-叔丁基邻苯二酚加入到装有冷凝装置的第一反应装置中，在氮气保护下，于120℃下恒温反应5h，反应结束后降温到40℃后，即得到交联单体；
(2)共聚反应：按重量份计，先将10份步骤(1)制得的交联单体、1.8份偶氮二异丁脒盐酸盐、0.08份硫酸锰和85份水加入到第二反应装置中；80份分子量为3000的聚丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、5份甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、8份丙烯酸与20份水混合均匀于第一滴加装置中；1.5份双氧水与20份水混合均匀于第二滴加装置中；2份异抗坏血酸、1份叔十二烷基硫醇与20份水混合均匀于第三滴加装置中；在常温下向第二反应装置中依次开始滴加第二滴加装置、第三滴加装置和第一滴加装置中的物料，于1h分别滴加完第一滴加装置、第三滴加装置、第二滴加装置中的物料，恒温反应0.5h；
(3)中和反应：中和反应：加入重量份为20份30％质量浓度的叔丁醇钠，即得到浓度为40％的所述早强型酯类聚羧酸减水剂。
实施例2
(1)交联单体制备：按重量份计，将100份的甲基烯丙醇、179份巴豆酸、2份活性炭固载磷钨酸和1.5份对苯二酚加入到装有冷凝装置的第一反应装置中，在氮气保护下，于110℃下恒温反应4h，反应结束后降温到40℃后，即得到交联单体；
(2)共聚反应：按重量份计，先将12份步骤(1)制得的交联单体、2.5份偶氮二异丁腈、0.5份氯化锆和92份水加入到第二反应装置中；80份聚丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、3份甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、5份丙烯酸与20份水混合均匀于第一滴加装置中；3份双氧水与20份水混合均匀于第二滴加装置中；4份硫酸亚铁、3份叔十二烷基硫醇与20份水混合均匀于第三滴加装置中；在常温下向第二反应装置中依次开始滴加第二滴加装置、第三滴加装置和第一滴加装置中的物料，于1.5h分别滴加完第一滴加装置、第三滴加装置、第二滴加装置中的物料，恒温反应0.5h；
(3)中和反应：加入重量份为20份30％质量浓度的氢氧化钠，即得到浓度为40％的所述早强型酯类聚羧酸减水剂。
实施例3
(1)交联单体制备：按重量份计，将100份的甲基烯丙醇、215份巴豆酸、1.8份活性炭固载磷钨酸和0.8份2，5-二叔丁基对苯二酚加入到装有冷凝装置的第一反应装置中，在氮气保护下，于130℃下恒温反应6h，反应结束后降温到40℃后，即得到交联单体；
(2)共聚反应：按重量份计，先将12份步骤(1)制得的交联单体、2.8份N，N′-二羟乙基偶氮二异丁脒盐酸盐、0.7份氯化锌和96份水加入到第二反应装置中；80份分子量为3000的聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、6份丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、6份丙烯酸与20份水混合均匀于第一滴加装置中；2.5份过硫酸钠与20份水混合均匀于第二滴加装置中；3份氯化亚铁、2.5份正丁硫醇与20份水混合均匀于第三滴加装置中；在常温下向第二反应装置中依次开始滴加第二滴加装置、第三滴加装置和第一滴加装置中的物料，于1h分别滴加完第一滴加装置、第三滴加装置、第二滴加装置中的物料，恒温反应0.5h；
(3)中和反应：加入重量份为20份30％质量浓度的叔丁醇钠，即得到浓度为40％的所述早强型酯类聚羧酸减水剂。
实施例4
(1)交联单体制备：按重量份计，将100份的甲基烯丙醇、179份巴豆酸、2.5份活性炭固载磷钨酸和1.8份对苯醌加入到装有冷凝装置的第一反应装置中，在氮气保护下，于100℃下恒温反应5h，反应结束后降温到40℃后，即得到交联单体；
(2)共聚反应：按重量份计，先将15份步骤(1)制得的交联单体、2份偶氮二异丁腈、1.2份氯化锆和102份水加入到第二反应装置中；80份分子量为3000的聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、7份丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、8份丙烯酸与20份水混合均匀于第一滴加装置中；1.8份过硫酸铵与20份水混合均匀于第二滴加装置中；2份焦磷酸亚铁、2.5份叔十二烷基硫醇与20份水混合均匀于第三滴加装置中；在常温下向第二反应装置中依次开始滴加第二滴加装置、第三滴加装置和第一滴加装置中的物料，于1.5h分别滴加完第一滴加装置、第三滴加装置、第二滴加装置中的物料，恒温反应0.5h；
(3)中和反应：加入重量份为20份30％质量浓度的甲醇钠，即得到浓度为40％的所述早强型酯类聚羧酸减水剂。
将实施例1～4合成得到的样品与对比样(市售早强型聚羧酸减水剂)，采用标准水泥，掺量按水泥质量0.2％(折成固体份)，根据GB 8076-2008《混凝土外加剂》，测其坍落度、混凝土各龄期强度和混凝土初始凝结时间。混凝土配合比为：水泥360kg/m3、砂803kg/m3、石头982kg/m3，坍落度控制在180±10mm，所得结果如表1所示。
表1实施例性能对比
Figure BDA0001708756500000051
本领域普通技术人员可知，本发明的技术方案在下述范围内变化时，仍然能够得到与上述实施例相同或相近的技术效果，仍然属于本发明的保护范围：
一种早强型酯类聚羧酸减水剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)交联单体制备：将甲基烯丙醇、巴豆酸、第一催化剂和阻聚剂加入到装有冷凝装置的第一反应装置中，在氮气保护下，于100～130℃下恒温反应4～6h，反应结束后降温到40℃后，即得交联单体；上述第一催化剂为活性炭固载磷钨酸，上述阻聚剂为4-叔丁基邻苯二酚、对苯二酚、2，5-二叔丁基对苯二酚、甲基对苯二酚或对苯醌；
(2)共聚反应：先将步骤(1)制得的交联单体、偶氮类引发剂、第二催化剂和水加入到第二反应装置中；将酯类大单体、阳离子单体、丙烯酸与水混合均匀于第一滴加装置中；将氧化剂与水混合均匀于第二滴加装置中；将还原剂、链转移剂与水混合均匀于第三滴加装置中；在常温下向第二反应装置中依次开始滴加第二滴加装置、第三滴加装置和第一滴加装置中的物料，于1～1.5h分别滴加完第一滴加装置、第三滴加装置、第二滴加装置中的物料，恒温反应0.4～0.6h；上述偶氮类引发剂为偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丁腈或N，N′-二羟乙基偶氮二异丁脒盐酸盐，上述第二催化剂为硫酸锰、氯化锆或氯化锌中的一种或两种，上述酯类大单体为分子量为3000的聚丙二醇二(甲基)丙烯酸酯或聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯，上述阳离子单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵或丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，上述链转移剂为叔十二烷基硫醇或正丁硫醇；
(3)中和反应：在步骤(2)所得的物料中，加入适量中和剂水溶液，即得到所述早强型酯类聚羧酸减水剂。
所述步骤(1)中，甲基烯丙醇、巴豆酸、第一催化剂和阻聚剂的质量比为100∶140～215∶1～2.5∶0.8～3。所述步骤(2)的第二反应装置中，步骤(1)制得的交联单体、偶氮类引发剂、第二催化剂和水的质量比为10～15∶1.5～3∶0.05～1.5∶75～120，第一滴加装置中，酯类大单体、阳离子单体、丙烯酸与水的质量比为80∶3～8∶5～10∶20，第二滴加装置中，氧化剂和水的质量比为1.5～3∶20，第三滴加装置中，还原剂、链转移剂和水的质量比为2～4∶1～3∶20。
所述氧化剂为双氧水、过硫酸钠或过硫酸铵。所述还原剂为抗坏血酸、异抗坏血酸、硫酸亚铁、亚硫酸氢钠、焦磷酸亚铁或氯化亚铁。所述中和剂为氢氧化钠、叔丁醇钠或甲醇钠。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (8)

1.一种早强型酯类聚羧酸减水剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)交联单体制备：将甲基烯丙醇、巴豆酸、第一催化剂和阻聚剂加入到装有冷凝装置的第一反应装置中，在氮气保护下，于100～130℃下恒温反应4～6h，反应结束后降温到40℃后，即得交联单体；上述第一催化剂为活性炭固载磷钨酸，上述阻聚剂为4-叔丁基邻苯二酚、对苯二酚、2，5-二叔丁基对苯二酚、甲基对苯二酚或对苯醌；甲基烯丙醇、巴豆酸、第一催化剂和阻聚剂的质量比为100∶140～215∶1～2.5∶0.8～3；
(2)共聚反应：先将步骤(1)制得的交联单体、偶氮类引发剂、第二催化剂和水加入到第二反应装置中；将酯类大单体、阳离子单体、丙烯酸与水混合均匀于第一滴加装置中；将氧化剂与水混合均匀于第二滴加装置中；将还原剂、链转移剂与水混合均匀于第三滴加装置中；在常温下向第二反应装置中依次开始滴加第二滴加装置、第三滴加装置和第一滴加装置中的物料，于1～1.5h分别滴加完第一滴加装置、第三滴加装置、第二滴加装置中的物料，恒温反应0.4～0.6h；上述偶氮类引发剂为偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丁腈或N，N′-二羟乙基偶氮二异丁脒盐酸盐，上述第二催化剂为硫酸锰、氯化锆或氯化锌中的一种或两种，上述酯类大单体为分子量为3000的聚丙二醇二(甲基)丙烯酸酯或聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯，上述阳离子单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵或丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，上述链转移剂为叔十二烷基硫醇或正丁硫醇；
(3)中和反应：在步骤(2)所得的物料中，加入适量中和剂水溶液，即得到所述早强型酯类聚羧酸减水剂。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)的第二反应装置中，步骤(1)制得的交联单体、偶氮类引发剂、第二催化剂和水的质量比为10～15∶1.5～3∶0.05～1.5∶75～120。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)的第一滴加装置中，酯类大单体、阳离子单体、丙烯酸与水的质量比为80∶3～8∶5～10∶20。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)的第二滴加装置中，氧化剂和水的质量比为1.5～3∶20。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)的第三滴加装置中，还原剂、链转移剂和水的质量比为2～4∶1～3∶20。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述氧化剂为双氧水、过硫酸钠或过硫酸铵。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述还原剂为抗坏血酸、异抗坏血酸、硫酸亚铁、亚硫酸氢钠、焦磷酸亚铁或氯化亚铁。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述中和剂为氢氧化钠、叔丁醇钠或甲醇钠。
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