CN110655619B - 一种机制砂调节剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机制砂调节剂的制备方法。该调节剂是具有特殊官能团以及轻度交联结构的接枝共聚物，使得这种聚合物能够优先于减水剂分子分布在机制砂中的石粉界面处，防止石粉吸附减水剂分子，从而降低混凝土减水剂掺量。该调节剂还具有与减水剂类似结构，在混凝土的碱性环境缓慢释放，保塌性能好，在合适掺量下1小时无塌损。同时该调节剂具有轻度交联结构，从而有利于改善混凝土和易性。本发明从分子构型及化学工程研究对混凝土外加剂材料制造技术做出了关键贡献，为工业生产提供了新思路。

Description

一种机制砂调节剂的制备方法
技术领域
本发明属于建材行业混凝土外加剂领域，具体涉及到一种机制砂调节剂的制备方法。
背景技术
天然砂资源匮乏，机制砂必然逐步取而代之。机制砂（人工砂）不包括软质、风化的颗粒，而是指粒径不超过4.75mm，并且经过除土处理、机械破碎、筛分制成的岩石、矿山尾矿或工业废渣颗粒。机制砂目前的细度模数一般在2.6～3.6之间，属于中粗砂，含有一定量的石粉，不但颗粒级配不规则，而且表面粗糙，棱角尖锐。但是机制砂的颗粒和级配并不是固定的，影响因素有很多，比如各地生产矿源、加工设备、工艺等，但只要是符合规定的机制砂，技术指标都过关，就可以用在混凝土中。然而机制砂的针片状过多，粒形不规则，级配、细度模数不合理会导致混凝土和易性差。机制砂的需水量很大，而且和易性比较差，还容易产生泌水，石粉、泥粉含量大会导致混凝土减水剂用量大，混凝土塌损大。
针对机制砂用量越来越广泛，急需一种能够适用机制砂的混凝土外加剂，因此本发明从分子结构设计中选用了一种特殊新型的聚醚大单体（4-羟丁基乙烯聚醚）。在4-羟丁基乙烯聚醚大单体中，通过变换分子结构特征，使分子结构中的不饱和双键直接与一个氧原子相连接的，形成一组C-O键的分子结构。这一分子结构的变化，使双键电子云分布发生偏移，从而改善了大单体中不饱和双键的电荷环境，使得大单体中双键的反应活性比一般大单体要大得多，更易于进行聚合反应。另一方面，由于分子中的双键为一取代结构，进一步减少了聚醚侧链摆动的空间阻力，使得聚醚侧链的摆动更加自由，活动范围更大；聚醚侧链摆动自由度的增加，提高了聚醚侧链的包裹性和缠绕性，从而合成出的聚羧酸减水剂具有更高的适应性，尤其对于砂石料品质差、含泥量高的情况效果显著。
Figure 890591DEST_PATH_IMAGE002
4-羟丁基乙烯聚醚的结构式
为了改善混凝土和易性，又对大单体进行了改性，用顺酐把大单体酯化，得到一种两个双键结构的酯化单体，这中结构在溶液聚合过程能够有一定概率聚合成一种交联网状结构，而这种交联网状结构在混凝土中具有一定的保水性，从而提高混凝土的和易性。
Figure 807731DEST_PATH_IMAGE004
酯化单体的结构式
发明内容
本发明的目的是提供一种机制砂调节剂的制备方法，所述机制砂调节剂，具有类似聚羧酸减水剂分子结构，是一种轻度交联的接枝共聚物，其减水率很低，具有高保塌，特别针对机制砂的缺点能够降低减水剂用量，提高混凝土和易性、保水性。
一种机制砂调节剂的制备方法，包括以下步骤：
选取原材料酯化单体、丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、丙烯酰胺甲基丙磺酸、催化剂、 氧化剂、还原剂、链转移剂。
在酯化单体中加入水稀释成45～55%质量浓度的溶液，冰水冷却至13～17℃，加入丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、丙烯酰胺甲基丙磺酸、氧化剂。优选 50%质量浓度的溶液，冰水冷却至 15℃。
将上述步骤中所得溶液，滴加催化剂、还原剂、链转移剂混合溶液，滴加时间为0.5～1小时。
具体的，其酯化单体的制备方法如下：
将聚醚大单体与顺酐进行酯化反应，摩尔比为 1:1。将聚醚大单体加入干燥的四口烧瓶，60～80℃融解单体，完全融解后加入顺酐，在75～85℃酯化反应2h，得到酯化单体，优选80℃酯化反应。
具体的，所述的氧化剂为双氧水，其质量浓度为25～30%，优选27.5%。
具体的，所述的催化剂为硫酸亚铁溶液，其质量浓度为0.9～1.1%，优选 1%。
具体的，所述的还原剂为 L-抗坏血酸。
具体的，所述的链转移剂为次磷酸钠和甲基丙烯磺酸钠，其摩尔比为1。
具体的，所述的聚醚大单体为 4-羟丁基乙烯聚醚，其分子量为2000。
本发明所述的机制砂调节剂的应用方法与聚羧酸减水剂相同，本领域技术人员普遍知悉其应用方法。
进一步，本发明所述的机制砂调节剂其掺量占总胶材的0.6%～1.2%，所述掺量为质量浓度为10%的掺量，所述百分比为质量百分比。掺量可以根据机制砂含粉量调整，过低效果不明显，过高会造成浪费。
进一步，本发明所述的机制砂调节剂可以跟市售的其它外加剂，如减水剂、保塌剂、阻泥剂等混合使用，也可以加入增稠剂、消泡剂、引气剂、缓凝剂、早强剂等使用。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
本发明的机制砂调节剂轻度交联结构，引入的磺酸基以及酯基，具有很好的保水性、高保塌，还具有优良的抗粉性能，适用于现在用机制砂的地区。
本发明机制砂调节剂，选用的大单体是4-羟丁基乙烯聚醚，其活性高，在较低温度就能聚合，聚合时间也很短，大大降低生产成本。
具体实施方式
以下给出本发明所述的机制砂调节剂的详细制备方法，其目的在于让熟悉该领域的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但这些实施例绝不限制本发明的范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
实施例 1
酯化单体制备
向四口烧瓶中加入4-羟丁基乙烯聚醚300g，水浴60～80℃融解单体，完全融解后加入顺酐30g，在80℃酯化反应2h，得到酯化单体。
在酯化单体中加入水330g 稀释成50%质量浓度的溶液，冰水冷却至15℃，加入丙烯酸 10g、丙烯酸羟乙酯50g、丙烯酰胺甲基丙磺酸10g、氧化剂 3g。
将上述步骤中所得溶液，滴加催化剂1g、还原剂0.6g、链转移剂6g 混合溶液，滴加时间为0.5～1小时。
反应结束后，保温1小时，补水至1000g 即得机制砂调节剂母液。
实施例 2
酯化单体制备
向四口烧瓶中加入4-羟丁基乙烯聚醚300g，水浴60～80℃融解单体，完全融解后加入顺酐30g，在80℃酯化反应 2h，得到酯化单体。
在酯化单体中加入水330g 稀释成 50%质量浓度的溶液，冰水冷却至15℃，加入丙烯酸 8g、丙烯酸羟乙酯52g、丙烯酰胺甲基丙磺酸10g、氧化剂3g。
将上述步骤中所得溶液，滴加催化剂1.2g、还原剂0.6g、链转移剂5.5g混合溶液，滴加时间为0.5～1小时。
反应结束后，保温1小时，补水至1000g 即得机制砂调节剂母液。
实施例 3
酯化单体制备
向四口烧瓶中加入4-羟丁基乙烯聚醚300g，水浴60～80℃融解单体，完全融解后加入顺酐30g，在80℃酯化反应2h，得到酯化单体。
在酯化单体中加入水330g 稀释成 50%质量浓度的溶液，冰水冷却至 15℃，加入丙烯酸 6g、丙烯酸羟乙酯54g、丙烯酰胺甲基丙磺酸10g、氧化剂3g。
将上述步骤中所得溶液，滴加催化剂1.3g、还原剂0.6g、链转移剂6g 混合溶液，滴加时间为 0.5～1小时。
反应结束后，保温1小时，补水至1000g 即得机制砂调节剂母液。
实施例 4
酯化单体制备
向四口烧瓶中加入4-羟丁基乙烯聚醚300g，水浴60～80℃融解单体，完全融解后加入顺酐30g，在80℃酯化反应2h，得到酯化单体。
在酯化单体中加入水330g 稀释成 50%质量浓度的溶液，冰水冷却至15℃，加入丙烯酸 8g、丙烯酸羟乙酯 50g、丙烯酰胺甲基丙磺酸12g、氧化剂3g。
将上述步骤中所得溶液，滴加催化剂1g、还原剂0.6g、链转移剂6g 混合溶液，滴加时间为0.5～1小时。
反应结束后，保温1小时，补水至1000g 即得机制砂调节剂母液。
实施例 5
酯化单体制备
向四口烧瓶中加入4-羟丁基乙烯聚醚 300g，水浴60～80℃融解单体，完全融解后加入顺酐30g，在80℃酯化反应 2h，得到酯化单体。
在酯化单体中加入水330g 稀释成50%质量浓度的溶液，冰水冷却至15℃，加入丙烯酸 6g、丙烯酸羟乙酯50g、丙烯酰胺甲基丙磺酸14g、氧化剂3g。
将上述步骤中所得溶液，滴加催化剂1g、还原剂0.6g、链转移剂6g 混合溶液，滴加时间为0.5～1小时
反应结束后，保温1小时，补水至1000g 即得机制砂调节剂母液。
对比例
市售抗泥抗粉剂，购于巴斯夫。
应用实施例
C30 混凝土配合比设计
C F K S<sub>机制砂</sub> G<sub>10-20</sub> G<sub>10-30</sub> W
230 70 50 820 300 750 160
混凝土测试结果
Figure 587468DEST_PATH_IMAGE006
实验结果说明，加入机制砂调节剂可以明显降低减水剂掺量，并且保塌性能有很大的提高。从塌落度和扩展度两个数值综合看也能体现出加了机制砂调节剂，混凝土和易性会更好。从这些结果有力证明了本发明的机制砂调节剂具有优良的保塌性、抗粉性，以及改善和易性。

Claims (7)

1.一种机制砂调节剂的制备方法，其特征包括以下步骤：
1.1选取原材料：酯化单体、丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、丙烯酰胺甲基丙磺酸、催化剂、氧化剂、还原剂、链转移剂，酯化单体结构式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
；
1.2在酯化单体中加入水稀释成45～55%质量浓度的溶液，冰水冷却至13～17℃，加入丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、丙烯酰胺甲基丙磺酸、氧化剂；
1.3将步骤1.2中所得溶液，滴加催化剂、还原剂、链转移剂混合溶液，滴加时间为0.5～1小时。
2.根据权利要求1所述的一种机制砂调节剂的制备方法，其特征在于酯化单体的制备方法如下：
将聚醚大单体与顺酐进行酯化反应，摩尔比为 1:1，将聚醚大单体加入干燥的四口烧瓶，60～80℃融解单体，完全融解后加入顺酐，在75～85℃酯化反应2h，得到酯化单体。
3.根据权利要求1所述的一种机制砂调节剂的制备方法，其特征在于：所述的氧化剂为双氧水，其质量浓度为25～30%。
4.根据权利要求1所述的一种机制砂调节剂的制备方法，其特征在于：所述的催化剂为硫酸亚铁溶液，其质量浓度为0.9～1.1%。
5.根据权利要求1所述的一种机制砂调节剂的制备方法，其特征在于：所述的还原剂为L-抗坏血酸。
6.根据权利要求1所述的一种机制砂调节剂的制备方法，其特征在于：所述的链转移剂为次磷酸钠和甲基丙烯磺酸钠，其摩尔比为 1:1。
7.根据权利要求2所述的一种机制砂调节剂的制备方法，其特征在于：所述的聚醚大单体为4-羟丁基乙烯聚醚，其分子量为2000。
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