CN112898505B - 一种内交联型减水剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种内交联型减水剂及其制备方法，其中减水剂主要由以下原料制备而成：21.60‑22.17份聚醚醇头、274.26‑281.47份环状单体、0.4‑1.3份催化剂、84.14‑86.36份磺酸根单体、1.2‑4.3份还原剂、0.3‑0.9份引发剂、4.5‑7.2份中和剂、0.5‑1.1份链转移剂，其余为去离子水。本发明的内交联型减水剂主要由磺酸根与聚醚小单体聚合而成，聚醚小单体则由本发明所选醇头与环氧乙烷和环氧丙烷自制而成，此醇头带有双双键的结构，形成减水剂分子时会发生轻度交联，增大减水剂分子的空间位阻作用与抗插层作用，是一种有着高减水率的内交联型减水剂。

Description

一种内交联型减水剂及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，涉及到水泥的水化机理，具体是一种内交联型减水剂及其制备方法。

背景技术

混凝土外加剂是一种在混凝土搅拌之前或拌制过程中加入的且用以改善混凝土物理力学和工作性能的材料。混凝土外加剂的种类较多，使用具有相应功能的外加剂，目的是为了改善混凝土在未使用该功能外加剂前的该功能不足或者优化混凝土的整体性能。混凝土减水剂的使用在混凝土外加剂的使用过程中最为广泛，占到混凝土外加剂使用量的80％左右。在混凝土生产过程中通过掺入一定水泥比例的减水剂可以在减少混凝土单位用水量的同时还可以有效地增加混凝土的坍落度，提高混凝土的流动性，且改善混凝土的泌水和提高混凝土的保水性能。鉴于减水剂对混凝土基本工作性能的明显改善，混凝土减水剂成为相关从业人员的研究对象。

专利CN111748060A公开了一种具有高降粘性能的聚羧酸减水剂的制备方法。本发明公开一种具有高降粘性能的聚羧酸减水剂的制备方法，先将三氟乙醇、含双键烯酸酰氯类化合物反应生成降粘功能单体Ⅰ，然后将马来酸酐、直链二元醇类化合物反应生产降粘功能单体Ⅱ，最后制备特殊的A液、B液、C液滴加到水相体系反应制得成品。与普通PCE相比，本专利提供的聚羧酸减水剂具有良好的降粘效果，流空时间、T500明显缩短；采用乳液聚合方法，反应聚合效率高，制得的产品分子量分布更加均匀，产品分子结构及性能更稳定；可有效解决高强混凝土在拌制过程中因低水胶比带来的粘度大、扒底等现象。

专利CN111560103A公开了一种高保坍型减水剂及其制备方法。本发明公开了一种高保坍型减水剂及其制备方法，由不饱和异戊烯基聚氧乙烯醚类大单体、不饱和羧酸、多元糖、烷基醇类在常压条件下采用自由基溶液共聚而成，其能在混凝土中持续释放，提供了卓越的保坍性能，针对目前市场劣质砂石料也依旧能保证比较优异的保坍性。

专利CN111704698A公开了一种超支化降粘型聚羧酸减水剂的制备方法。本发明涉及一种混凝土用超支化降粘型聚羧酸减水剂的制备方法及工艺。超支化类单体的制备是将丙烯酸酯类与烯丙基胺或者醇胺类物质通过双键加成或者迈克尔加成反应，在有机溶剂和高温条件下反应得到中间单体，中间单体再与含多羟基单体反应继续反应即得不同种类的超支化功能单体，将超支化功能单体与不饱和羧酸、含憎水性基团的酯类单体通过自由基聚合接到分子量为1200或2400的TPEG大单体上，即可得到一种超支化降粘型聚羧酸减水剂。该降粘型减水剂分子量小，含有憎水基团以及超支化结构，在拥有良好的分散性和坍落度保持性的基础上拥有很好的降粘效果。

区别以上专利，本发明涉及一种内交联型减水剂及其制备方法。内交联型减水剂有着微交联结构，形成了一种微小网络，不易在水泥颗粒中发生插层作用导致减水率降低，且能起到很高的空间位阻作用，对水泥颗粒的分散效果明显。本发明使用本体聚合的方法，先使用醇头与环氧单体制备2000分子量的聚醚单体，再将聚醚单体与不饱和磺酸根单体进行聚合，即可得到这种内交联型减水剂。

发明内容：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种内交联型减水剂及其制备方法，本发明使用苯乙烯化苯酚作为醇头制备聚醚单体，这样制备得到的聚醚单体带有两个不饱和的双键，在与磺酸根单体聚合的过程中，会发生一定程度的交联，为了避免其过度交联导致形成大型网状结构，本发明降低了链转移剂的用量，降低减水剂分子的交联程度，使减水剂分子形成合理的空间构型，起到高减水作用。

为解决以上问题，本发明的技术方案如下：

所述的一种内交联型减水剂主要由以下几种组分制备而成，原料总质量为1000份，质量份数为50％，各组分包括：

聚醚醇头21.60-22.17份

环状单体274.26-281.47份

催化剂0.4-1.3份

磺酸根单体84.14-86.36份

还原剂1.2-4.3份

引发剂0.3-0.9份

链转移剂0.5-1.1份

中和剂4.5-7.2份

其余为水，总质量为1000份。

进一步，所述高吸附性聚醚类水性减水剂固含量为38-42％，最优为40％；

更进一步，制备所述高吸附性聚醚类水性减水剂的各原料的总质量份数为1000份。

作为优选，所述的聚醚醇头为苯乙烯化苯酚。

作为优选，所述的环状单体为环氧乙烷。

作为优选，所述的催化剂为无水氯化铝、三氟化硼、浓硫酸、卤化氢、芳基磺酸、无机磷化合物、羧酸、有机磺酸根交换树脂和苯酚铝、氢氧化钠、氢氧化钾、氰化钠、四氢铝锂、三氟化硼乙烯醚、DMC中的一种或几种组成，最优选为质量比为4:1的芳基磺酸和氢氧化钾的组合物。

作为优选，所述的磺酸根单体为甲基丙烯磺酸钠。

作为优选，所述的酸醚(摩尔比)为3.5-3.9:1，最优选为3.6:1。

作为优选，所述的还原剂为连二亚硫酸钠、抗坏血酸、甲醛合次硫酸氢钠、麦芽糖糊精、亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠、次亚磷酸钠中的一种或几种组成，最优选为质量比为3:2的焦亚硫酸钠和次亚磷酸钠的组合物。

作为优选，所述的引发剂为过硫酸铵、偶氮二异丁腈、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化苯甲酰(BPO)、过氧化二叔丁基(DTBP)、过氧化二碳酸二环己酯中的一种或几种组成，最优选为质量比为3:4的偶氮二异丁腈和过氧化苯甲酰的组合物。

作为优选，所述的链转移剂为巯基乙酸、巯基丙酸、巯基乙醇、巯基丙醇中的一种或几种组成，最优选为质量比为1:4的巯基丙酸和巯基乙醇的组合物。

作为优选，所述的中和剂为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、甲醇钠、乙醇钠、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺中的一种或几种组成，最优选为质量比为5:4的甲醇钠和三异丙醇胺的组合物。

作为优选，所述的聚醚单体的分子质量为2000分子量。

所述的一种内交联型减水剂的制备方法，其特征在于，制备过程依次包括如下操作步骤：

步骤一：在装有搅拌器、温度计的高压反应釜中加入21.60-22.17份聚醚醇头和0.4-1.3份催化剂，氮气置换3次后开始抽真空至表压-0.098MPa，然后升温至110-120℃开始脱水1-1.5h，降温至105℃开始连续通入274.26-281.47份环状单体，控制压力小于0.6MPa，通完后于125-135℃保温1.5-3h老化至负压，降温出料，得到粗聚醚。

步骤二：将粗聚醚置于反应釜中，升温至110-120℃搅拌1-2h，降温至80-90℃，后加入蒸馏水搅拌1-2h，边抽真空边升温至115-125℃，当聚醚水分≤0.08％，得到成品聚醚。

步骤三：将制得的成品聚醚加入反应釜中，采用水浴加热升温至40-50℃，反应2-3小时，再保温1-2小时。将1.2-4.3份还原剂、0.3-0.9份引发剂、0.5-1.1份链转移剂和水配制成A液，将84.14-86.36份磺酸根单体和水配制成B液，用滴加泵将A、B液滴加至反应釜中，其中A液滴加0.5-1小时，B液滴加1-2小时，制得聚醚类减水剂。

步骤四：将4.5-7.2份中和剂加入制得的聚醚类减水剂中并补水至总质量为1000，即得到所需的内交联型减水剂。

与现有技术相比，本发明的优点和有益效果在于：

1.本发明所制备的是一种交联型减水剂，使用了苯乙烯化苯酚作为醇头制备聚醚单体，这样制备得到的聚醚单体带有两个不饱和的双键，在与磺酸根单体聚合的过程中，会发生一定程度的交联，为了避免其过度交联导致形成大型网状结构，本发明降低了链转移剂的用量，降低减水剂分子的交联程度，使减水剂分子形成合理的空间构型，起到高减水作用。

2.本发明采用苯乙烯化苯酚作为醇头，其带有的两个双键能够使聚合物轻度交联，形成少量的网状结构，使减水剂的空间位阻作用增大，并增加了减水剂的抗泥效果。且合成的减水剂分子不易发生插层作用，提高了减水剂分子的利用率。

3.本发明制备的聚醚分子量约2000，在交联结构下能起到很好的空间位阻作用，但本发明的减水剂分子量不宜过大，因此本发明也降低了反应温度与反应时间，减小减水剂的分子量，保证了减水剂分子的吸附作用。

说明书附图

图1是TC-900J减水剂试样的扫描电镜图；

图2是本发明实施例2混凝土试样的扫描电镜图。

具体实施方式

下面，申请人将结合具体实施例对本发明的技术方案和有益效果做进一步的详细说明，但应理解，以下实施例不应在任何程度上被理解为对本申请权利要求书所请求保护范围的限制。

实施例1

一种内交联型减水剂，由下述各组分聚合而成，原料总质量为1000份，各组分包括：

苯乙烯化苯酚21.96份

环氧乙烷190.68份

环氧丙烷84.03份

质量比为2:1的三氟化硼和氢氧化钾的组合物0.7份

甲基丙烯磺酸钠85.21份

质量比为3:2的焦亚硫酸钠和次亚磷酸钠的组合物1.7份

质量比为1:1的过氧化二碳酸二异丙酯和过氧化苯甲酰的组合物0.5份

巯基丙酸1.1份

质量比为3:1的甲醇钠和乙醇钠的组合物4.2份

其余为水，总质量为1000份。

所述的一种内交联型减水剂的制备方法，其特征在于，制备过程依次包括如下操作步骤：

步骤一：在装有搅拌器、温度计的1L高压反应釜中加入21.96份苯乙烯化苯酚和0.7份质量比为2:1的三氟化硼和氢氧化钾的组合物，氮气置换3次后开始抽真空至表压-0.098MPa，然后升温至110℃开始脱水1.5h，降温至105℃，开始连续通入190.68份环氧乙烷和84.03份环氧丙烷，控制压力小于0.6MPa，通完后于129℃保温2.3h老化至负压，降温出料，得到粗聚醚。

步骤二：将粗聚醚置于1L反应釜中，加入精制剂后氮气负压置换3次，升温至116℃搅拌1.6h，降温至85℃，后加入蒸馏水搅拌1.1h，边抽真空边升温至117℃，当聚醚水分≤0.08％，得到成品聚醚，再测定聚醚各项指标。

步骤三：将制得的成品聚醚加入反应釜中，采用水浴加热升温至42℃，反应2.8小时，再保温1.0小时。将1.7份质量比为3:2的焦亚硫酸钠和次亚磷酸钠的组合物、0.5份质量比为1:1的过氧化二碳酸二异丙酯和过氧化苯甲酰的组合物、1.1份巯基丙酸和水配制成A液，将85.21份甲基丙烯磺酸钠和水配制成B液，用滴加泵将A、B液滴加至反应釜中，其中A液滴加0.6小时，B液滴加1.5小时，制得聚醚类减水剂。

步骤四：将4.2份质量比为3:1的甲醇钠和乙醇钠的组合物加入制得的聚醚类减水剂中并补水至总质量为1000，即得到所需的内交联型减水剂。

实施例2-6与实施例1类似，其中各组分部分参数参见表1；制备过程部分参数参见表2。

表1

表2

效果测试

将本发明的产品与湖北腾辰TC-900J减水剂制备成C50混凝土试样并进行检测，检测结果参见表3。(平板法开裂试验抗裂性最大裂缝宽度根据JG/T157—2004行业标准中动态抗开裂性标准进行测试)

表3

根据上表检测数据可以看出，本发明的实施例能够为混凝土提供很好的抗裂性能，并减小混凝土的体积收缩率，说明本发明的交联结构对混凝土的性能有着良好的影响。

将水化7d的TC-900J减水剂与对应实施例2的样品进行SEM检测，见图1、图2，观察其形貌结构。根据图中可看出，图2(实施例2)的混凝土试样明显更为密实，水化产物分布紧密，为水泥试样提供了足够的强度。

本发明不限于上述实施例，本发明内容所述均可实施并具有所述良好效果。

Claims (7)

1.一种内交联型减水剂，由下述各组分聚合而成：

聚醚醇头21.60-22.17份

环状单体274.26-281.47份

催化剂0.4-1.3份

磺酸根单体84.14-86.36份

还原剂1.2-4.3份

引发剂0.3-0.9份

链转移剂0.5-1.1份

中和剂4.5-7.2份

其余为水，总质量为1000份；

所述的聚醚醇头为苯乙烯化苯酚，CAS号为61788-44-1，所述的环状单体为环氧乙烷和环氧丙烷；所述的磺酸根单体为甲基丙烯磺酸钠；

所述内交联型减水剂通过如下步骤制备：

步骤一：在装有搅拌器、温度计的高压反应釜中加入21.60-22.17份聚醚醇头和0.4-1.3份催化剂，氮气置换3次后开始抽真空至表压-0.098MPa，然后升温至110-120℃开始脱水1-1.5h，降温至105℃开始连续通入274.26-281.47份环状单体，控制压力小于0.6MPa，通完后于125-135℃保温1.5-3h老化至负压，降温出料，得到粗聚醚；

步骤二：将粗聚醚置于反应釜中，升温至110-120℃搅拌1-2h，降温至80-90℃，后加入蒸馏水搅拌1-2h，边抽真空边升温至115-125℃，当聚醚水分≤0.08％，得到成品聚醚；

步骤三：将制得的成品聚醚加入反应釜中，采用水浴加热升温至40-50℃，反应2-3小时，再保温1-2小时，将1.2-4.3份还原剂、0.3-0.9份引发剂、0.5-1.1份链转移剂和水配制成A液，将84.14-86.36份磺酸根单体和水配制成B液，用滴加泵将A、B液滴加至反应釜中，其中A液滴加0.5-1小时，B液滴加1-2小时，制得聚醚类减水剂；

步骤四：将4.5-7.2份中和剂加入制得的聚醚类减水剂中并补水至总质量为1000，即得到所述的内交联型减水剂。

2.根据权利要求1所述的一种内交联型减水剂，其特征在于：所述的催化剂为无水氯化铝、三氟化硼、浓硫酸、卤化氢、芳基磺酸、无机磷化合物、羧酸、有机磺酸根交换树脂和苯酚铝、氢氧化钠、氢氧化钾、氰化钠、四氢铝锂、三氟化硼乙烯醚中的一种或几种组成。

3.根据权利要求1所述的一种内交联型减水剂，其特征在于：所述的还原剂为连二亚硫酸钠、抗坏血酸、甲醛合次硫酸氢钠、麦芽糖糊精、亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠、次亚磷酸钠中的一种或几种组成。

4.根据权利要求1所述的一种内交联型减水剂，其特征在于：所述的引发剂为过硫酸铵、偶氮二异丁腈、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化苯甲酰(BPO)、过氧化二叔丁基(DTBP)、过氧化二碳酸二环己酯中的一种或几种组成。

5.根据权利要求1所述的一种内交联型减水剂，其特征在于：所述的链转移剂为巯基乙酸、巯基丙酸、巯基乙醇、巯基丙醇中的一种或几种组成。

6.根据权利要求1所述的一种内交联型减水剂，其特征在于：所述的中和剂为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、甲醇钠、乙醇钠、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺中的一种或几种组成。

7.如权利要求1-6中任一项所述的内交联型减水剂的制备方法，其特征在于，依次包括如下操作步骤：

步骤一：在装有搅拌器、温度计的高压反应釜中加入21.60-22.17份聚醚醇头和0.4-1.3份催化剂，氮气置换3次后开始抽真空至表压-0.098MPa，然后升温至110-120℃开始脱水1-1.5h，降温至105℃开始连续通入274.26-281.47份环状单体，控制压力小于0.6MPa，通完后于125-135℃保温1.5-3h老化至负压，降温出料，得到粗聚醚；

步骤二：将粗聚醚置于反应釜中，升温至110-120℃搅拌1-2h，降温至80-90℃，后加入蒸馏水搅拌1-2h，边抽真空边升温至115-125℃，当聚醚水分≤0.08％，得到成品聚醚；

步骤三：将制得的成品聚醚加入反应釜中，采用水浴加热升温至40-50℃，反应2-3小时，再保温1-2小时，将1.2-4.3份还原剂、0.3-0.9份引发剂、0.5-1.1份链转移剂和水配制成A液，将84.14-86.36份磺酸根单体和水配制成B液，用滴加泵将A、B液滴加至反应釜中，其中A液滴加0.5-1小时，B液滴加1-2小时，制得聚醚类减水剂；

步骤四：将4.5-7.2份中和剂加入制得的聚醚类减水剂中并补水至总质量为1000，即得到所述的内交联型减水剂。

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