CN111019054B - 一种低引气聚羧酸减水剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种低引气聚羧酸减水剂的制备方法,属于减水剂技术领域。包括:向反应容器中加入含氢硅油,烯丙醇聚醚,溶剂甲苯和阻聚剂,加热至回流后加入催化剂,缩合完成后,减压蒸馏得到含烯键的聚醚改性有机硅单体;将聚醚改性有机硅单体和去离子水,聚醚大单体混合,加入氧化剂,然后滴加丙烯酸或甲基丙烯酸,还原剂和链转移剂的混合溶液,反应完全后调节体系pH,即可得到低引气的聚羧酸减水剂成品。本发明将消泡迅速的含氢硅油与抑泡较好的含羟基和双键的聚醚缩合成含双键的聚醚改性有机硅单体,再将其嫁接到聚羧酸减水剂主链上,使聚羧酸减水剂分子具有消泡和控泡作用,进而解决混凝土中含气量大以及聚羧酸减水剂和消泡剂相容性的问题。
Description
技术领域
本发明属于减水剂技术领域,具体为一种低引气聚羧酸减水剂及其制备方法。
背景技术
聚羧酸减水剂因为其高减水率,分子结构可调,绿色环保等优点,越来越广泛地应用到混凝土工程。聚羧酸减水剂的减水分散作用,主要通过主链上的羧基基团提供静电斥力作用和侧链上的聚醚结构提供空间位阻作用来实现。聚醚具有引气作用,而掺入聚羧酸减水剂的混凝土通常又比较粘稠,这些气泡很难通过振捣排出,使混凝土易出现蜂窝麻面等表观缺陷,同时过高的含气量还会降低混凝土的强度和耐久性。
目前工程中解决聚羧酸减水剂含量过高的问题,主要是通过与消泡剂进行复配。但是消泡剂与聚羧酸高性能减水剂存在相容性问题,二者混合后会分层,消泡剂会慢慢浮到表面,不能消泡。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低引气聚羧酸减水剂的制备方法,利用聚羧酸减水剂分子结构可调的特点,在其主链上嫁接具有消泡性能的官能团,制备出具有消泡作用的减水剂,可以解决其与消泡剂的相容性问题。
本发明目的通过以下技术方案来实现:
一种低引气聚羧酸减水剂的制备方法,包括以下步骤:
1)聚醚改性有机硅单体的制备
向反应容器中加入含氢硅油,烯丙醇聚醚,溶剂甲苯和阻聚剂,通入惰性气体排除多余的空气和水分,持续搅拌,加热至回流后加入催化剂,保持反应温度恒定,直至氢气不再逸出,减压蒸馏得到含烯键的聚醚改性有机硅单体;
2)低引气聚羧酸减水剂的制备
将步骤1)制备的聚醚改性有机硅单体和去离子水,聚醚大单体混合,搅拌溶解,加入氧化剂,然后滴加丙烯酸或甲基丙烯酸,还原剂和链转移剂的混合溶液,滴加完毕后保持温度使反应完全,调节体系pH后即可得到低引气的聚羧酸减水剂成品。
进一步,所述含氢硅油为甲基含氢硅油或乙基含氢硅油中的一种,单体结构式如式Ⅰ:
式Ⅰ中R1为甲基CH3或乙基C2H5,x,y均为正数。
进一步,如权利要求1所述一种低引气聚羧酸减水剂的制备方法,其特征在于,所述的烯丙醇聚醚的单体结构式如式Ⅱ:
式Ⅱ中R2为烷烃基,m,n均为正数。
进一步,所述阻聚剂为对苯二酚,其加入量为烯丙醇聚醚质量的1~2%;所述催化剂为氯铂酸或对甲苯磺酸,其加入量为烯丙醇聚醚质量的1~2%;所述烯丙醇聚醚和含氢硅油的摩尔比为1~1.5:1。
进一步,所述聚醚大单体为烯丙醇聚氧乙烯醚(APEG),异丁烯基聚氧乙烯醚(HPEG),异戊烯基聚氧乙烯醚(TPEG)的一种;所述氧化剂为双氧水、高锰酸钾、过硫酸钠中的一种或多种;所述还原剂为甲醛合次硫酸氢钠、维生素C、亚硫酸氢钠的一种或多种;所述链转移剂为巯基乙酸或巯基丙酸。
进一步,所述聚醚大单体加入量为反应单体总质量的35~65%;所述氧化剂加入量为反应单体总质量的1.5%~4%;所述还原剂加入量为反应单体总质量的1%~3%;所述丙烯酸或甲基丙烯酸加入量为反应单体总质量的15~35%;所述链转移剂加入量为反应单体总质量的0.4%~0.6%;所述聚醚改性有机硅单体的加入量为反应单体总质量的15%~30%。其中,反应单体为聚醚改性有机硅单体、聚醚大单体、甲基丙烯酸/丙烯酸。
进一步,所述调节体系pH采用加入30%氢氧化钠溶液调节体系pH值至7。
一种低引气聚羧酸减水剂,所述减水剂采用上述所述的方法制备得到。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
1、本发明通过化学合成将具有消泡和抑泡作用的聚醚改性有机硅单体嫁接到聚羧酸主链上,解决了传统消泡剂和聚羧酸减水剂复配的相容性问题。
2、本发明通过在聚羧酸系减水剂中引入聚醚改性有机硅单体,使减水剂分子具有消控泡作用,进而解决了混凝土中含气量大的问题。
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
本实施例低引气聚羧酸减水剂的具体制备过程如下:
1、聚醚改性有机硅单体的制备:向装有搅拌器、回流冷凝装置、温度计、氮气入口、防倒吸油泡器的反应器中,加入300份二甲基含氢硅油、185份烯丙醇聚醚、500份甲苯、2.0份对苯二酚,通氮气3min,排除多余空气及水分,持续搅拌,加热至回流,加入3份氯铂酸,保持温度100℃,反应8h。减压蒸馏除去杂质,即得到聚醚改性有机硅单体DM-1。
2、低引气聚羧酸减水剂的制备:在装有搅拌器,恒流泵,回流冷凝器的四口烧瓶中,加入450份的去离子水、300份的烯丙醇聚氧乙烯醚(APEG)和100份步骤1制备的聚醚改性有机硅单体DM-1,搅拌溶解,加入15份双氧水,然后滴加由100份丙烯酸、10份维生素C和3份巯基丙酸组成的混合溶液3h。滴加完毕后,温度继续保持在40℃维持3h使反应完全,加入30%浓度的氢氧化钠溶液调节体系pH值至7,即可得到低引气聚羧酸减水剂PCE-1。
实施例2
本实施例低引气聚羧酸减水剂的具体制备过程如下:
1、聚醚改性有机硅单体的制备:向装有搅拌器、回流冷凝装置、温度计、氮气入口、防倒吸油泡器的反应器中,加入350份二乙基含氢硅油,200份烯丙醇聚醚、500份溶剂甲苯,4份对苯二酚剂,通氮气3min,排除多余空气及水分,持续搅拌,加热至回流,加入4份催化剂对甲苯磺酸,保持反应温度120℃,反应12h。减压蒸馏除去溶剂及其它低沸点杂质,即得到含烯键的聚醚改性有机硅单体DM-2。
2、低引气聚羧酸减水剂的制备:在装有搅拌器,恒流泵,回流冷凝器的四口烧瓶中,加入300份去离子水、250份的烯丙醇聚氧乙烯醚(APEG)和126份步骤1制备的聚醚改性有机硅单体DM-2,搅拌溶解,加入12份过硫酸铵,然后滴加由125份甲基丙烯酸溶液、10份亚硫酸氢钠和3份巯基乙酸组成的混合溶液3h,反应温度50℃。滴加完毕后,温度继续保持在50℃2h。加入浓度30%氢氧化钠溶液调节体系pH值至7,即可得到低引气的聚羧酸减水剂PCE-2。
实施例3
本实施例低引气聚羧酸减水剂的具体制备过程如下:
1、聚醚改性有机硅单体的制备:向装有搅拌器、回流冷凝装置、温度计、氮气入口、防倒吸油泡器的反应器中,加入200份甲基含氢硅油、100份烯丙醇聚醚、400份甲苯,1份对苯二酚,通氮气3min,排除多余空气及水分,持续搅拌,加热至回流,加入2份对甲苯磺酸,保持反应温度90℃,反应时间9h。减压蒸馏除去溶剂及其它低沸点杂质,即得到含烯键的聚醚改性有机硅单体DM-3。
2、低引气聚羧酸减水剂的制备:在装有搅拌器,恒流泵,回流冷凝器的四口烧瓶中,加入360份去离子水、200份异戊烯基聚氧乙烯醚(TPEG)和150份步骤1制备的聚醚改性有机硅单体DM-3,搅拌溶解,加入2.2份双氧水,然后滴加150份丙烯酸、10份甲醛合次硫酸氢钠、2.4份巯基丙酸和120份去离子水组成的混合溶液3h。滴加完毕后,温度继续保持在30℃2h使反应完全。加入30%氢氧化钠溶液调节体系pH值至7,即可得到低引气的聚羧酸减水剂PCE-3。
应用例
将实施例1~3制得的低引气聚羧酸减水剂应用于制备混凝土,将制备的混凝土分别进行力学性能和工作性能测试,测试方法参照GB/T50080-2016《普通混凝土拌和物性能试验方法标准》和GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》,测试结果见表1。
对比例1采用市售普通高减水型聚羧酸减水剂,对比例2以实施例1为基础,不加入聚醚改性有机硅单体,即300份烯丙醇聚氧乙烯醚(APEG)溶于450份去离子水后,加入15份双氧水,然后滴加由100份甲基丙烯酸、10份维生素C和3份巯基丙酸组成的混合溶液3h,用30%氢氧化钠溶液调节体系pH值至7。
混凝土配合比参照C50混凝土生产配合比进行设计,胶凝材料用量500kg/m3(包括水泥和粉煤灰,其中水泥用量水泥为350kg/m3,粉煤灰110kg/m3,硅灰40kg/m3,水泥为峨胜P·O42.5R,粉煤灰为I级灰),水胶比0.32,砂率50%,机制砂细度模数为2.8,粗骨料为5~20mm连续级配的石灰石,减水剂折固掺量占胶凝材料质量的1.7%。
表1应用例所得混凝土的工作性能测试结果
由表1可以看出,在混凝土扩展度接近的条件下,与市售高减水型聚羧酸和对比例2不加入聚醚改性有机硅单体相比较,将本发明实施例1~3制备的低引气降粘型聚羧酸减水剂应用于C50混凝土中,可以有效降低混凝土的含气量,同时提高混凝土的强度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种低引气聚羧酸减水剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)聚醚改性有机硅单体的制备
向反应容器中加入含氢硅油,烯丙醇聚醚,溶剂甲苯和阻聚剂,通入惰性气体排除多余的空气和水分,持续搅拌,加热至回流后加入催化剂,保持反应温度恒定,直至氢气不再逸出,减压蒸馏得到含烯键的聚醚改性有机硅单体;
2)低引气聚羧酸减水剂的制备
将步骤1)制备的聚醚改性有机硅单体和去离子水,聚醚大单体混合,搅拌溶解,加入氧化剂,然后滴加丙烯酸或甲基丙烯酸,还原剂和链转移剂的混合溶液,滴加完毕后保持温度使反应完全,调节体系pH后即可得到低引气的聚羧酸减水剂成品;
所述含氢硅油为甲基含氢硅油或乙基含氢硅油中的一种,单体结构式如式Ⅰ:
式Ⅰ中R1为甲基CH3或乙基C2H5,x,y均为正数;
所述的烯丙醇聚醚的单体结构式如式Ⅱ:
式Ⅱ中R2为烷烃基,m,n均为正数。
2.如权利要求1所述一种低引气聚羧酸减水剂的制备方法,其特征在于,所述阻聚剂为对苯二酚,其加入量为烯丙醇聚醚质量的1~2%;所述催化剂为氯铂酸或对甲苯磺酸,其加入量为烯丙醇聚醚质量的1~2%;所述烯丙醇聚醚和含氢硅油的摩尔比为1~1.5:1。
3.如权利要求1所述一种低引气聚羧酸减水剂的制备方法,其特征在于,所述聚醚大单体为烯丙醇聚氧乙烯醚(APEG),异丁烯基聚氧乙烯醚(HPEG),异戊烯基聚氧乙烯醚(TPEG)的一种;所述氧化剂为双氧水、高锰酸钾、过硫酸钠中的一种或多种;所述还原剂为甲醛合次硫酸氢钠、维生素C、亚硫酸氢钠的一种或多种;所述链转移剂为巯基乙酸或巯基丙酸。
4.如权利要求1所述一种低引气聚羧酸减水剂的制备方法,其特征在于,所述聚醚大单体加入量为反应单体总质量的35~65%;所述氧化剂加入量为反应单体总质量的1.5%~4%;所述还原剂加入量为反应单体总质量的1%~3%;所述丙烯酸或甲基丙烯酸加入量为反应单体总质量的15~35%;所述链转移剂加入量为反应单体总质量的0.4%~0.6%;所述聚醚改性有机硅单体的加入量为反应单体总质量的15%~30%。
5.如权利要求1所述一种低引气聚羧酸减水剂的制备方法,其特征在于,所述调节体系pH采用加入30%氢氧化钠溶液调节体系pH值至7。
6.一种低引气聚羧酸减水剂,其特征在于,所述减水剂采用上述权利要求1至5任一项所述的方法制备得到。
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