CN111320415A - 一种环保复合型防冻泵送剂及其制备方法 - Google Patents

一种环保复合型防冻泵送剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种环保复合型防冻泵送剂，其特征在于，包括如下重量份计的各组分：酸基酯基共接枝3,4‑乙撑二氧基噻吩‑2,5‑二羧酸/脒基硫脲缩合物10‑15份、聚羧酸高性能减水剂20‑30份、超支化聚缩水甘油3‑5份、单宁酸1‑2份、S‑腺苷蛋氨酸丁二磺酸盐0.5‑1.5份。本发明还公开了所述环保复合型防冻泵送剂的制备方法。本发明公开的环保复合型防冻泵送剂结合了防冻剂和泵送剂的优点，防冻效果好、泵送效率佳，在低温时的析晶量小、粘聚力高、坍落度损失较小且无污染，减水性能优异，使用该防冻泵送剂的混凝土综合性能佳、抗压强度大、耐用性好。

Description

一种环保复合型防冻泵送剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土添加剂技术领域，尤其涉及一种环保复合型防冻泵送剂及其制备方法。
背景技术
随着我国基础建设的快速发展，越来越多的工程要求在负温下施工，因此对防冻泵送剂的需求量也大幅度上升。添加防冻泵送剂是提高混凝土在冬季寒冷地区负温下施工效率的有效措施，它同时具有泵送剂和防冻剂的作用，能使得混凝土拌合物在负温下施工仍然能顺利通过输送管道、不阻塞、不离析、粘塑性良好，除此之外，其还可以有效地降低水的冰点和提高早期强度，使混凝土快速达到抗冻临界强度值。
过去在很长一段时间内，泵送剂和防冻剂都是分别掺加使用的，而防冻剂和泵送剂“双掺”使用，除了给施工造成不方便外，往往会给工程带来质量问题，比如，在泵送剂和防冻剂中都掺有引气组分时就会严重影响混凝土的强度。为了方便施工，提高混凝土的质量，越来越多的使用同时具有泵送和防冻功能的复合型外加剂。然而，现有技术中的防冻泵送剂种类繁多，质量参差不及，例如：以亚硝酸纳、氯化钠、乙酸钠、尿素及氨水为防冻组分的液体防冻剂在负温下析晶沉淀量较大，污染环境，导致其防冻性能和使用性能较差；复合液体防冻泵送剂中减水、早强、引气、缓凝及防冻等多种组分不相容，导致水泥混凝土强度受到严重影响等。目前国内传统的方法都是用低浓萘系高效减水剂来复配液体防冻泵送剂，这类液体防冻泵送剂存在低温时析晶量较大，粘聚力低，坍落度损失较大，污染环境等问题。
申请号为201710600142.5的中国发明专利公开了一种复合防冻泵送剂及其制备方法，所述复合防冻泵送剂按原料总重量的百分含量计，由如下各原料组成：聚羧酸盐系高效减水剂45-55％、甲基纤维素5-15％、缓凝剂2-4％、十二烷基硫酸钠2-4％、羟丙基淀粉醚3-5％、羟丙甲基纤维素0.3-0.5％、葡萄糖酸钠0.3-0.5％和水16-32.4％。此发明还公开了上述复合防冻泵送剂的制备方法。此发明的泵送剂，强度高，性能稳定，具有高流化、粘聚、润滑、缓凝之功效，适用范围广，同时减水性良好。然而，其防冻性能有待进一步改善，易出现泌水等问题。
因此，业内亟需一种防冻效果好、泵送效率佳，在低温时的析晶量小、粘聚力高、坍落度损失较小且无污染，减水性能优异的环保复合型防冻泵送剂。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种环保复合型防冻泵送剂，该防冻泵送剂结合了防冻剂和泵送剂的优点，防冻效果好、泵送效率佳，在低温时的析晶量小、粘聚力高、坍落度损失较小且无污染，减水性能优异，使用该防冻泵送剂的混凝土综合性能佳、抗压强度大、耐用性好。同时，本发明还公开了所述环保复合型防冻泵送剂的制备方法，该制备方法简单，绿色环保，市场前景广阔，适合规模化生产。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种环保复合型防冻泵送剂，其特征在于，包括如下重量份计的各组分：酸基酯基共接枝3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸/脒基硫脲缩合物10-15份、聚羧酸高性能减水剂20-30份、超支化聚缩水甘油3-5份、单宁酸1-2份、S-腺苷蛋氨酸丁二磺酸盐0.5-1.5份。
优选的，所述酸基酯基共接枝3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸/脒基硫脲缩合物的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1、将3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸、脒基硫脲、2-乙氧基-1-乙氧碳酰基-1,2-二氢喹啉加入到四氢呋喃中，在115-125℃下回流搅拌反应8-10小时，后冷却至室温，旋蒸除去副产物和四氢呋喃，得到3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸/脒基硫脲缩合物；
步骤S2、将经过步骤S1制成的3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸/脒基硫脲缩合物溶于有机溶剂中，再向其中加入氯丙二酸、氯甲基丙基碳酸，在70-90℃下搅拌反应4-6小时，后旋蒸除去溶剂，得到酸基酯基共接枝3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸/脒基硫脲缩合物。
优选的，步骤S1中所述3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸、脒基硫脲、2-乙氧基-1-乙氧碳酰基-1,2-二氢喹啉、四氢呋喃的摩尔比1:2:(0.5-0.8):(10-16)。
优选的，步骤S2中所述3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸/脒基硫脲缩合物、有机溶剂、氯丙二酸、氯甲基丙基碳酸的摩尔比为1:(9-15):2:0.2。
优选的，所述有机溶剂为四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的至少一种。
优选的，所述聚羧酸高性能减水剂为KH-D1-X聚羧酸高性能减水剂，购于武汉华轩高新技术有限公司。
优选的，所述超支化聚缩水甘油的制备方法，参见：王宗胜等，超支化聚缩水甘油的合成及性能，功能高分子学报，2019,32,4:(507-512)。
本发明的另一个目的，在于提供一种所述环保复合型防冻泵送剂的制备方法，包括如下步骤：将各组分按比例混合均匀，后加入氢氧化钠，调节PH至6.5-7.5，再在50-60℃下搅拌2-3小时，即可。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
(1)本发明提供的一种环保复合型防冻泵送剂的制备方法，该制备方法简单，绿色环保，市场前景广阔，适合规模化生产。
(2)本发明提供的一种环保复合型防冻泵送剂，克服了传统防冻泵送剂存在低温时析晶量较大，粘聚力低，坍落度损失较大，污染环境等问题，结合了防冻剂和泵送剂的优点，防冻效果好、泵送效率佳，在低温时的析晶量小、粘聚力高、坍落度损失较小且无污染，减水性能优异，使用该防冻泵送剂的混凝土综合性能佳、抗压强度大、耐用性好。
(3)本发明提供的一种环保复合型防冻泵送剂，添加的酸基酯基共接枝3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸/脒基硫脲缩合物，首先3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸和脒基硫脲上的氨基发生酰胺化反应，然后氯丙二酸、氯甲基丙基碳酸上的氯与上述反应得到的缩合物上的氨基上的氢发生取代反应，制备效率高，产率好；添加到泵送剂中，一方面在硫脲基团的作用下，使得其具有较好的防冻性能，另外，噻吩共轭结构，使得其上接枝的羧基具有优异的阴离子表面活性，降低其表面张力，显著改善混凝土抗压强度，进一步改善早强减水性，接枝上的酯基又能在混凝土中碱的作用下，水解生成能减水的羧基，起到缓释减水作用；超支化聚缩水甘油可以有效降低混凝土的冰点，且可以造成混凝土内部的冰晶扰动，在冻冰时可软化冰晶，降低冻胀应力；除此之外，其上较多的羟基又能充当引气剂的作用，与其他成分协同作用，在混凝土中引入大量微小均匀的气泡，改善混凝土拌合物和易性，提高泵送性；在硬化混凝土中形成大量微小均匀气孔，可有效释放混凝土冻胀产生的内应力，显著提高早龄期混凝土的抗冻效性。单宁酸和S-腺苷蛋氨酸丁二磺酸盐的加入，能协同作用，进一步改善防冻和泵送性能，保坍效果好，且具有缓凝作用，进而改善使用该防冻泵送剂的混凝土的综合性能。
具体实施方式
为了使本技术领域人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述特征、目的以及优点更加清晰易懂，下面结合实施例对本发明做进一步的说明。实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本发明实施例原料均为商业购买；所述聚羧酸高性能减水剂为KH-D1-X聚羧酸高性能减水剂，购于武汉华轩高新技术有限公司；所述超支化聚缩水甘油的制备方法，参见：王宗胜等，超支化聚缩水甘油的合成及性能，功能高分子学报，2019,32,4:(507-512)。
实施例1
一种环保复合型防冻泵送剂，其特征在于，包括如下重量份计的各组分：酸基酯基共接枝3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸/脒基硫脲缩合物10份、聚羧酸高性能减水剂20份、超支化聚缩水甘油3份、单宁酸1份、S-腺苷蛋氨酸丁二磺酸盐0.5份。
所述酸基酯基共接枝3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸/脒基硫脲缩合物的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1、将3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸、脒基硫脲、2-乙氧基-1-乙氧碳酰基-1,2-二氢喹啉加入到四氢呋喃中，在115℃下回流搅拌反应8小时，后冷却至室温，旋蒸除去副产物和四氢呋喃，得到3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸/脒基硫脲缩合物；所述3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸、脒基硫脲、2-乙氧基-1-乙氧碳酰基-1,2-二氢喹啉、四氢呋喃的摩尔比1:2:0.5:10；
步骤S2、将经过步骤S1制成的3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸/脒基硫脲缩合物溶于四氢呋喃中，再向其中加入氯丙二酸、氯甲基丙基碳酸，在70℃下搅拌反应4小时，后旋蒸除去溶剂，得到酸基酯基共接枝3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸/脒基硫脲缩合物；所述3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸/脒基硫脲缩合物、四氢呋喃、氯丙二酸、氯甲基丙基碳酸的摩尔比为1:9:2:0.2。
一种所述环保复合型防冻泵送剂的制备方法，包括如下步骤：将各组分按比例混合均匀，后加入氢氧化钠，调节PH至6.5，再在50℃下搅拌2小时，即可。
实施例2
一种环保复合型防冻泵送剂，其特征在于，包括如下重量份计的各组分：酸基酯基共接枝3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸/脒基硫脲缩合物11份、聚羧酸高性能减水剂22份、超支化聚缩水甘油3.5份、单宁酸1.2份、S-腺苷蛋氨酸丁二磺酸盐0.6份。
所述酸基酯基共接枝3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸/脒基硫脲缩合物的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1、将3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸、脒基硫脲、2-乙氧基-1-乙氧碳酰基-1,2-二氢喹啉加入到四氢呋喃中，在117℃下回流搅拌反应8.5小时，后冷却至室温，旋蒸除去副产物和四氢呋喃，得到3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸/脒基硫脲缩合物；所述3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸、脒基硫脲、2-乙氧基-1-乙氧碳酰基-1,2-二氢喹啉、四氢呋喃的摩尔比1:2:0.6:12；
步骤S2、将经过步骤S1制成的3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸/脒基硫脲缩合物溶于N,N-二甲基甲酰胺中，再向其中加入氯丙二酸、氯甲基丙基碳酸，在75℃下搅拌反应4.5小时，后旋蒸除去溶剂，得到酸基酯基共接枝3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸/脒基硫脲缩合物；所述3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸/脒基硫脲缩合物、N,N-二甲基甲酰胺、氯丙二酸、氯甲基丙基碳酸的摩尔比为1:11:2:0.2。
一种所述环保复合型防冻泵送剂的制备方法，包括如下步骤：将各组分按比例混合均匀，后加入氢氧化钠，调节PH至6.8，再在53℃下搅拌2.3小时，即可。
实施例3
一种环保复合型防冻泵送剂，其特征在于，包括如下重量份计的各组分：酸基酯基共接枝3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸/脒基硫脲缩合物13份、聚羧酸高性能减水剂25份、超支化聚缩水甘油4份、单宁酸1.5份、S-腺苷蛋氨酸丁二磺酸盐1份。
所述酸基酯基共接枝3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸/脒基硫脲缩合物的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1、将3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸、脒基硫脲、2-乙氧基-1-乙氧碳酰基-1,2-二氢喹啉加入到四氢呋喃中，在120℃下回流搅拌反应9小时，后冷却至室温，旋蒸除去副产物和四氢呋喃，得到3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸/脒基硫脲缩合物；所述3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸、脒基硫脲、2-乙氧基-1-乙氧碳酰基-1,2-二氢喹啉、四氢呋喃的摩尔比1:2:0.65:14；
步骤S2、将经过步骤S1制成的3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸/脒基硫脲缩合物溶于N-甲基吡咯烷酮中，再向其中加入氯丙二酸、氯甲基丙基碳酸，在80℃下搅拌反应5小时，后旋蒸除去溶剂，得到酸基酯基共接枝3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸/脒基硫脲缩合物；所述3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸/脒基硫脲缩合物、N-甲基吡咯烷酮、氯丙二酸、氯甲基丙基碳酸的摩尔比为1:13:2:0.2。
一种所述环保复合型防冻泵送剂的制备方法，包括如下步骤：将各组分按比例混合均匀，后加入氢氧化钠，调节PH至7，再在55℃下搅拌2.5小时，即可。
实施例4
一种环保复合型防冻泵送剂，其特征在于，包括如下重量份计的各组分：酸基酯基共接枝3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸/脒基硫脲缩合物14份、聚羧酸高性能减水剂28份、超支化聚缩水甘油4.8份、单宁酸1.9份、S-腺苷蛋氨酸丁二磺酸盐1.4份。
所述酸基酯基共接枝3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸/脒基硫脲缩合物的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1、将3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸、脒基硫脲、2-乙氧基-1-乙氧碳酰基-1,2-二氢喹啉加入到四氢呋喃中，在123℃下回流搅拌反应9.7小时，后冷却至室温，旋蒸除去副产物和四氢呋喃，得到3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸/脒基硫脲缩合物；所述3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸、脒基硫脲、2-乙氧基-1-乙氧碳酰基-1,2-二氢喹啉、四氢呋喃的摩尔比1:2:0.75):15；
步骤S2、将经过步骤S1制成的3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸/脒基硫脲缩合物溶于有机溶剂中，再向其中加入氯丙二酸、氯甲基丙基碳酸，在88℃下搅拌反应5.8小时，后旋蒸除去溶剂，得到酸基酯基共接枝3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸/脒基硫脲缩合物；所述3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸/脒基硫脲缩合物、有机溶剂、氯丙二酸、氯甲基丙基碳酸的摩尔比为1:14:2:0.2；所述有机溶剂为四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮按质量比1:2:3混合而成。
一种所述环保复合型防冻泵送剂的制备方法，包括如下步骤：将各组分按比例混合均匀，后加入氢氧化钠，调节PH至7.3，再在58℃下搅拌2.8小时，即可。
实施例5
一种环保复合型防冻泵送剂，其特征在于，包括如下重量份计的各组分：酸基酯基共接枝3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸/脒基硫脲缩合物15份、聚羧酸高性能减水剂30份、超支化聚缩水甘油5份、单宁酸2份、S-腺苷蛋氨酸丁二磺酸盐1.5份。
所述酸基酯基共接枝3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸/脒基硫脲缩合物的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1、将3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸、脒基硫脲、2-乙氧基-1-乙氧碳酰基-1,2-二氢喹啉加入到四氢呋喃中，在125℃下回流搅拌反应10小时，后冷却至室温，旋蒸除去副产物和四氢呋喃，得到3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸/脒基硫脲缩合物；所述3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸、脒基硫脲、2-乙氧基-1-乙氧碳酰基-1,2-二氢喹啉、四氢呋喃的摩尔比1:2:0.8:16；
步骤S2、将经过步骤S1制成的3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸/脒基硫脲缩合物溶于N-甲基吡咯烷酮中，再向其中加入氯丙二酸、氯甲基丙基碳酸，在90℃下搅拌反应6小时，后旋蒸除去溶剂，得到酸基酯基共接枝3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸/脒基硫脲缩合物；所述3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸/脒基硫脲缩合物、N-甲基吡咯烷酮、氯丙二酸、氯甲基丙基碳酸的摩尔比为1:15:2:0.2。
一种所述环保复合型防冻泵送剂的制备方法，包括如下步骤：将各组分按比例混合均匀，后加入氢氧化钠，调节PH至7.5，再在60℃下搅拌3小时，即可。
对比例1
本例提供一种环保复合型防冻泵送剂，其配方及制备方法与实施例1基本相同，不同的是没有添加酸基酯基共接枝3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸/脒基硫脲缩合物。
对比例2
本例提供一种环保复合型防冻泵送剂，其配方及制备方法与实施例1基本相同，不同的是没有添加超支化聚缩水甘油。
对比例3
本例提供一种环保复合型防冻泵送剂，其配方及制备方法与实施例1基本相同，不同的是没有添加单宁酸、S-腺苷蛋氨酸丁二磺酸盐。
对比例4
本例提供一种复合防冻泵送剂，其配方及制备方法与中国发明专利201710600142.5实施例1相同。
从表1可见，本发明实施例公开的环保复合型防冻泵送剂，与现有技术中的环保复合型防冻泵送剂相比，减水保坍效果更好、抗压强度更高、防冻性能更优异，这是酸基酯基共接枝3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸/脒基硫脲缩合物、超支化聚缩水甘油、单宁酸和S-腺苷蛋氨酸丁二磺酸盐协同作用的结果。
表1
Figure BDA0002394261060000081
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种环保复合型防冻泵送剂，其特征在于，包括如下重量份计的各组分：酸基酯基共接枝3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸/脒基硫脲缩合物10-15份、聚羧酸高性能减水剂20-30份、超支化聚缩水甘油3-5份、单宁酸1-2份、S-腺苷蛋氨酸丁二磺酸盐0.5-1.5份。
2.根据权利要求1所述的一种环保复合型防冻泵送剂，其特征在于，所述酸基酯基共接枝3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸/脒基硫脲缩合物的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1、将3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸、脒基硫脲、2-乙氧基-1-乙氧碳酰基-1,2-二氢喹啉加入到四氢呋喃中，在115-125℃下回流搅拌反应8-10小时，后冷却至室温，旋蒸除去副产物和四氢呋喃，得到3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸/脒基硫脲缩合物；
步骤S2、将经过步骤S1制成的3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸/脒基硫脲缩合物溶于有机溶剂中，再向其中加入氯丙二酸、氯甲基丙基碳酸，在70-90℃下搅拌反应4-6小时，后旋蒸除去溶剂，得到酸基酯基共接枝3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸/脒基硫脲缩合物。
3.根据权利要求2所述的一种环保复合型防冻泵送剂，其特征在于，步骤S1中所述3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸、脒基硫脲、2-乙氧基-1-乙氧碳酰基-1,2-二氢喹啉、四氢呋喃的摩尔比1:2:(0.5-0.8):(10-16)。
4.根据权利要求2所述的一种环保复合型防冻泵送剂，其特征在于，步骤S2中所述3,4-乙撑二氧基噻吩-2,5-二羧酸/脒基硫脲缩合物、有机溶剂、氯丙二酸、氯甲基丙基碳酸的摩尔比为1:(9-15):2:0.2。
5.根据权利要求2所述的一种环保复合型防冻泵送剂，其特征在于，所述有机溶剂为四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的至少一种。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种环保复合型防冻泵送剂，其特征在于，所述环保复合型防冻泵送剂的制备方法，包括如下步骤：将各组分按比例混合均匀，后加入氢氧化钠，调节PH至6.5-7.5，再在50-60℃下搅拌2-3小时，即可。
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