CN114195949A - 一种含磷酸酯单体的早强型减水剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含磷酸酯单体的早强型减水剂及其制备方法，由不饱和磷酸酯单体、丙烯酰胺、2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸、聚醚大单体、链转移剂、氧化剂、还原剂、去离子水和浓度为30‑33wt％的液碱以25‑30∶5‑8∶3‑6∶200∶1‑1.5∶1‑2∶0.5‑0.7∶320‑340∶10‑15的质量比在常温下制成。本发明制得的早强型减水剂具有减水率高、混凝土凝结时间短、混凝土早期强度及其他龄期强度高的特点。

Description

一种含磷酸酯单体的早强型减水剂及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑外加剂技术领域，具体涉及一种含磷酸酯单体的早强型减水剂及其制备方法。
背景技术
近几年我国的高速铁路、轻轨、地铁等进行大规模建设地铁混凝土管片、轨道盾构管片、高铁轨道板等预制构件的需求与日俱增；另一方面以住宅产业化为理念的预制混凝土构件装配建造方式也越来越得到人们的认可。与预拌混凝土相比预制混凝土可大幅度提高生产效率节省人力降低工人劳动强度减少管理环节降低人员技术水平对工程质量的影响提高环保效益促进社会的发展。因此发展预制混凝土是促进混凝土行业转型和进步的有效途径。预制混凝土生产过程中需要添加早强型外加剂以提高混凝土早期强度，进而缩短凝结时间来提高模具的周转率。
目前，早强型外加剂的制备主要以硫酸盐、氯盐等无机盐类早强剂及三乙醇胺、三异丙醇胺等有机物类早强剂同普通型减水剂复配得到，无机盐类早强剂容易引入氯离子、硫酸根离子等对混凝土的长期力学性能、耐久性能等产生影响，而有机物类早强剂掺量低时早强效果不佳，掺量高时对混凝土后期强度或对混凝土流动性产生影响。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种含磷酸酯单体的早强型减水剂。
本发明的另一目的在于提供上述含磷酸酯单体的早强型减水剂的制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种含磷酸酯单体的早强型减水剂，由不饱和磷酸酯单体、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、聚醚大单体、链转移剂、氧化剂、还原剂、去离子水和浓度为30-33wt％的液碱以25-30∶5-8∶3-6∶200∶1-1.5∶1-2∶0.5-0.7∶320-340∶10-15的质量比在常温下制成，其中，
上述不饱和磷酸酯单体由不饱和烯醇类单体、磷酸化试剂和磷钨酸于85-90℃反应3-5h制成，
该不饱和烯醇类单体为2-甲基烯丙醇或丁烯醇，
该磷酸化试剂为磷酸或五氧化二磷。
在本发明的一个优选实施方案中，所述不饱和烯醇类单体和磷酸化试剂的摩尔比为1∶1.05-1.2。
在本发明的一个优选实施方案中，所述磷钨酸的用量为所述不饱和烯醇类单体的1.5-3wt％。
在本发明的一个优选实施方案中，所述不饱和烯醇类单体和磷酸化试剂的摩尔比为1∶1.05-1.2，所述磷钨酸的用量为所述不饱和烯醇类单体的1.5-3wt％。
在本发明的一个优选实施方案中，所述聚醚大单体为分子量为3000-6000的甲基烯丙基聚氧乙烯醚或异戊二烯醇聚氧乙烯醚。
在本发明的一个优选实施方案中，所述链转移剂为巯基乙醇、巯基丙酸、巯基乙酸和次磷酸钠中的至少一种。
在本发明的一个优选实施方案中，所述氧化剂为过硫酸铵、过硫酸钾和双氧水中的至少一种。
在本发明的一个优选实施方案中，所述还原剂为维生素C和/或甲醛合次硫酸氢钠。
在本发明的一个优选实施方案中，所述链转移剂为巯基乙醇或巯基丙酸，所述氧化剂为过硫酸铵，所述还原剂为维生素C。
上述早强型减水剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将聚醚大单体、第一功能单体、氧化剂和部分的去离子水混合均匀，制得混合料；
(2)将不饱和磷酸酯单体、第二功能单体和部分的去离子水混合均匀，制得第一滴加料；
(3)将还原剂、链转移剂和剩余的去离子水混合均匀，制得第二滴加料；
(4)在常温下，将第一滴加料和第二滴加料滴加入混合料中进行保温反应，滴加时间为2.5-3.5h；
(5)向步骤(4)所得的物料中加入液碱，即得所述早强型减水剂。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过磷酸化试剂对烯醇类不饱和单体进行酯化反应得到不饱和磷酸酯单体，其拥有的磷酸基团对水泥能起到很好的分散作用，使用该不饱和磷酸酯单体制备的产品具有较高的初始减水率，又因在碱性条件下磷酸酯键发生水解，而水解后不饱和双键端为羟基基团，对水泥没有吸附作用，因此混凝土就形成了断崖式的损失，这有利于缩短混凝土的凝结时间，提高混凝土的早期强度，减小了丙烯酸类的聚羧酸减水剂延缓水泥水化的影响。
2、本发明的制备方法在常压下进行，合成工艺简单。
3、本发明制得的早强型减水剂具有减水率高、混凝土凝结时间短、混凝土早期强度及其他龄期强度高的特点。
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：
不饱和磷酸酯功能单体的制备：将50重量份2-甲基烯丙醇与105重量份五氧化二磷加入到反应装置中，将温度加热至85-90℃，加入0.8重量份磷钨酸，保温4±1h，即得不饱和磷酸酯功能单体；
含磷酸酯单体的早强型减水剂的制备：
(1)将200重量份HPEG4000分子量大单体、5重量份的丙烯酰胺、1.5重量份过硫酸铵、270重量份去离子水投入到反应釜装置中，并搅拌，得到混合料；
(2)将25重量份不饱和磷酸酯功能单体、3重量份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、15重量份去离子水投入到滴加装置中，混合均匀，得到第一滴加料；
(3)将0.5重量份维生素C、1重量份巯基乙醇、40重量份去离子水投入到滴加装置中，混合均匀，得到第二滴加料；
(4)在常温下，将第一滴加料和第二滴加料滴加到所述混合料中，滴加时间为3±0.5小时，保温反应；
(5)向步骤(4)所得的物料中加入10重量份质量浓度为32％的液碱，即得到所述含磷酸酯单体的早强型减水剂PCA-1。
实施例2：
不饱和磷酸酯功能单体的制备：将50重量份2-甲基烯丙醇与105重量份五氧化二磷加入到反应装置中，将温度加热至85-90℃，加入1.3重量份磷钨酸，保温4±1h，即得不饱和磷酸酯功能单体；
含磷酸酯单体的早强型减水剂的制备：
(1)将200重量份TPEG6000分子量大单体、8重量份的丙烯酰胺、2.0重量份过硫酸铵、280重量份去离子水投入到反应釜装置中，并搅拌，得到混合料；
(2)将25重量份不饱和磷酸酯功能单体、5.5重量份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、20重量份去离子水投入到滴加装置中，混合均匀，得到第一滴加料；
(3)将0.5重量份维生素C、1.2重量份巯基乙醇、40重量份去离子水投入到滴加装置中，混合均匀，得到第二滴加料；
(4)在常温下，将第一滴加料和第二滴加料滴加到所述混合料中，滴加时间为3±0.5小时，保温反应；
(5)向步骤(4)所得的物料中加入10重量份质量浓度为32％的液碱，即得到所述含磷酸酯单体的早强型减水剂PCA-2。
实施例3：
不饱和磷酸酯功能单体的制备：将50重量份丁烯醇与75重量份磷酸加入到反应装置中，将温度加热至85-90℃，加入1.0重量份磷钨酸，保温4±1h，即得不饱和磷酸酯功能单体；
含磷酸酯单体的早强型减水剂的制备：
(1)将200重量份HPEG4000分子量大单体、6.5重量份的丙烯酰胺、2.0重量份过硫酸铵、280重量份去离子水投入到反应釜装置中，并搅拌，得到混合料；
(2)将30重量份不饱和磷酸酯功能单体、3重量份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、20重量份去离子水投入到滴加装置中，混合均匀，得到第一滴加料；
(3)将0.68重量份维生素C、1.0重量份巯基丙酸、40重量份去离子水投入到滴加装置中，混合均匀，得到第二滴加料；
(4)在常温下，将第一滴加料和第二滴加料滴加到所述混合料中，滴加时间为3±0.5小时，保温反应；
(5)向步骤(4)所得的物料中加入10重量份质量浓度为32％的液碱，即得到所述含磷酸酯单体的早强型减水剂PCA-3。
对比例1：
(1)将200重量份HPEG2400分子量大单体、8重量份的丙烯酰胺、2.0重量份过硫酸铵、280重量份去离子水投入到反应釜装置中，并搅拌，得到混合料；
(2)将25重量份丙烯酸、5重量份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、20重量份去离子水投入到滴加装置中，混合均匀，得到第一滴加料；
(3)将0.65重量份维生素C、1.0重量份巯基乙醇、40重量份去离子水投入到滴加装置中，混合均匀，得到第二滴加料；
(4)在常温下，将第一滴加料和第二滴加料滴加到所述混合料中，滴加时间为3±0.5小时，保温反应；
(5)向步骤(4)所得的物料中加入10重量份质量浓度为32％的液碱，得到聚羧酸减水剂。
对比例2：
(1)将200重量份HPEG2400分子量大单体、1.5重量份过硫酸铵、270重量份去离子水投入到反应釜装置中，并搅拌，得到混合料；
(2)将27重量份丙烯酸、20重量份去离子水投入到滴加装置中，混合均匀，得到第一滴加料；
(3)将0.38重量份维生素C、0.65重量份巯基丙酸、40重量份去离子水投入到滴加装置中，混合均匀，得到第二滴加料；
(4)在常温下，将第一滴加料和第二滴加料滴加到所述混合料中，滴加时间为3±0.5小时，保温反应；
(5)向步骤(4)所得的物料中加入10重量份质量浓度为32％的液碱，得到聚羧酸减水剂。
实施例和对比例效果比较：
将按本发明实施例1至3制得的聚羧酸减水剂PCA-1、PCA-2和PCA-3，同时比较现在已经有的聚羧酸系减水剂(对比例1、对比例2)，进行混凝土坍落度、凝结时间、抗压强度试验。其中混凝土坍落度、凝结时间试验方法参照GB8076-2008《混凝土外加剂》的相关规定执行；混凝土抗压强度参照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》的相关规定执行。试验一配合比及试验结果见表1与表2，试验二配合比及试验结果比见表3和表4。
试验一：
配合比：
表1
Figure BDA0003378118330000061
试验结果：
表2
Figure BDA0003378118330000062
试验二：
配合比：
表3
Figure BDA0003378118330000063
试验结果：
表4
Figure BDA0003378118330000064
Figure BDA0003378118330000071
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 (10)

1.一种含磷酸酯单体的早强型减水剂，其特征在于：由不饱和磷酸酯单体、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、聚醚大单体、链转移剂、氧化剂、还原剂、去离子水和浓度为30-33wt％的液碱以25-30∶5-8∶3-6∶200∶1-1.5∶1-2∶0.5-0.7∶320-340∶10-15的质量比在常温下制成，其中，
上述不饱和磷酸酯单体由不饱和烯醇类单体、磷酸化试剂和磷钨酸于85-90℃反应3-5h制成，
该不饱和烯醇类单体为2-甲基烯丙醇或丁烯醇，
该磷酸化试剂为磷酸或五氧化二磷。
2.如权利要求1所述的早强型减水剂，其特征在于：所述不饱和烯醇类单体和磷酸化试剂的摩尔比为1∶1.05-1.2。
3.如权利要求1所述的早强型减水剂，其特征在于：所述磷钨酸的用量为所述不饱和烯醇类单体的1.5-3wt％。
4.如权利要求1所述的早强型减水剂，其特征在于：所述不饱和烯醇类单体和磷酸化试剂的摩尔比为1∶1.05-1.2，所述磷钨酸的用量为所述不饱和烯醇类单体的1.5-3wt％。
5.如权利要求1至4中任一权利要求所述的早强型减水剂，其特征在于：所述聚醚大单体为分子量为3000-6000的甲基烯丙基聚氧乙烯醚或异戊二烯醇聚氧乙烯醚。
6.如权利要求1至4中任一权利要求所述的早强型减水剂，其特征在于：所述链转移剂为巯基乙醇、巯基丙酸、巯基乙酸和次磷酸钠中的至少一种。
7.如权利要求1至4中任一权利要求所述的早强型减水剂，其特征在于：所述氧化剂为过硫酸铵、过硫酸钾和双氧水中的至少一种。
8.如权利要求1至4中任一权利要求所述的早强型减水剂，其特征在于：所述还原剂为维生素C和/或甲醛合次硫酸氢钠。
9.如权利要求1至4中任一权利要求所述的早强型减水剂，其特征在于：所述链转移剂为巯基乙醇或巯基丙酸，所述氧化剂为过硫酸铵，所述还原剂为维生素C。
10.权利要求1至9中任一权利要求所述的早强型减水剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将聚醚大单体、第一功能单体、氧化剂和部分的去离子水混合均匀，制得混合料；
(2)将不饱和磷酸酯单体、第二功能单体和部分的去离子水混合均匀，制得第一滴加料；
(3)将还原剂、链转移剂和剩余的去离子水混合均匀，制得第二滴加料；
(4)在常温下，将第一滴加料和第二滴加料滴加入混合料中进行保温反应，滴加时间为2.5-3.5h；
(5)向步骤(4)所得的物料中加入液碱，即得所述早强型减水剂。
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