一种聚醚型羧酸系减水剂及其制备方法

摘要

本发明提供一种聚醚型羧酸系减水剂及其制备方法，其中所述减水剂由下述组分制备而成：聚丙烯醇醚、顺丁烯二酸酐、甲基丙烯磺酸钠、丙烯酰胺、丙烯酸-2-羟基乙酯、引发剂和水。

权利要求

1.一种聚醚型丙烯酸系减水剂，其由聚丙烯醇醚、顺丁烯二酸酐、甲基丙烯磺酸钠、丙烯酰胺、丙烯酸-2-羟基乙酯、引发剂和水制备而成，其中各组分的重量份数为：聚丙烯醇醚25-40份、顺丁烯二酸酐3-6份、甲基丙烯磺酸钠1-6份、丙烯酰胺0.5-4份、丙烯酸-2-羟基乙酯1-5份、引发剂0.5-4份和水100份。

2.根据权利要求1所述的聚醚型丙烯酸系减水剂，其中各组分的重量份数为：聚丙烯醇醚30-35份、顺丁烯二酸酐3.5-4份、甲基丙烯磺酸钠2-3份、丙烯酰胺1-2份、丙烯酸-2-羟基乙酯2-3份、引发剂1-2份和水100份。

3.根据权利要求1-2任一项所述的聚醚型丙烯酸系减水剂，其中所述聚丙烯醇醚为CH2＝CHCH2O(CH2CH2O)nH，其中n＝10-60。

4.根据权利要求1-2任一项所述的聚醚型丙烯酸系减水剂，其中所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾或过硫酸钠。

5.根据权利要求1-4任一项所述的聚醚型丙烯酸系减水剂的制备方法，其包括：步骤一：将聚丙烯醇醚、顺丁烯二酸酐和甲基丙烯磺酸钠配制成水溶液，加入到反应釜中，搅拌，升温至80～100℃；

步骤二：向步骤一中得到的混合物中滴加丙烯酰胺和丙烯酸-2-羟基乙酯形成的水溶液以及引发剂的水溶液，滴加过程中保持温度在80～100℃，滴加时间为2～5小时；

步骤三：滴加完毕后，80～100℃下恒温反应2-8小时；

步骤四：过滤。

6.根据权利要求5所述的方法，其中步骤二中引发剂水溶液中引发剂的浓度为2-5重量％。

7.根据权利要求5-6任一项所述的方法，其中步骤二中所述滴加时间为3-4小时，步骤三中所述恒温时间为4-5小时。

说明书

一种聚醚型羧酸系减水剂及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种混凝土用外加剂及其制备方法，尤其涉及一种聚羧酸类减水剂及其制备方法。

背景技术

[0002] 减水剂又称为分散剂或塑化剂，由于使用时可使新拌混凝土的用水量减小，因此而得名。在现代混凝土技术领域里，减水剂是改善混凝土流变性能的外加剂之一，已被当作混凝土除水泥、砂、石和水之外的第五组份。

[0003] 常见的减水剂主要有木质素环酸盐系、萘系、三聚氰胺系、氨基磺酸盐系和聚羧酸系等。20世纪30年代到60年代是普通减水剂的应用和发展时期，早期使用的减水剂主要为松香酸钠、木质素磺酸钠、硬脂酸盐等有机化合物，其主要是用于改善混凝土的施工性，解决混凝土路面的抗冻融等耐久性问题。但是，随着施工要求的不断提高，这些早期的减水剂的减水效果已经不能满足现代工程建设的需要。

[0004] 从1962年日本首先开发萘磺酸甲醛缩合物高效减水剂和1964年西德开发三聚氰胺系高效减水剂以来，进入了高效减水剂的开发与应用时期，有利地推动了混凝土技术的发展，这两个系列高效减水剂的突出特点是减水率高，水泥分散效果好，其主要作用是大幅度降低单位用水量或单位水泥用量，用于配制高强、超高强、高耐久性混凝土，但其致命缺点是坍落度损失大，制备过程中甲醛挥发对环境污染严重。而聚羧酸系高效减水剂掺混量低，但对混凝土(水泥)的分散性好，保坍性好，并且易改性，故其高性能化潜力大，被认为是高效减水剂的换代产品。

[0005] 国外聚羧酸系高效减水剂在混凝土制备中已经广泛使用，产品类型主要以马来酸酐系为主。以日本为例，产品合成方法主要为：第一步，在氮气保护条件下，甲醇与环氧乙烷在一定的温度和压力下反应，再向反应容器内加入NaOH，升高温度减压脱水。随后，向混合物中加入一定量的烯丙基氯，当混合物碱度降低至一个稳定值时，用HCl中和混合物，分离得到烯丙基醚。第二步：以甲苯作为溶剂，在氮气保护下，以第一步反应得到的烯丙基醚与马来酸酐进行聚合反应，蒸除甲苯溶剂，得到马来酸酐系高性能混凝土减水剂。

[0006] 国内近几年也有聚羧酸系高效减水剂的相关报道。其使用原料一般由不饱和羧酸类(丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸酐)、聚氧链烯烃(聚氧乙烯、聚乙二醇等)、不饱和羧酸酯类、含有磺酸基团的不饱和单体等；其合成步骤一般分为两步进行。如CN1316398A中报道的聚羧酸系引气高效混凝土减水剂在对甲苯磺酸作催化剂、对苯二酚作阻聚剂、过氧化二苯甲酰作引发剂条件小与甲基丙烯酸发生聚合反应，待反应基本完成后除去溶剂得到引气型高效减水剂。该方法得到的减水剂仅溶于碱液而难溶于水，给使用带来很大不便。CN1800076A也公开了一种丙烯酸系多元共聚物类高效减水剂，其各原料所占份数为：丙烯酸或其衍生物100份、聚氧链烯烃150～450份、磺酸系衍生物10～80份、去离子水溶剂
450～800份、催化剂0.5～6份、阻聚剂0.1～5份、异丙醇链转移剂5～30份、引发剂
0.5～5份，NaOH溶液的加入量为使产品的PH值达到6～8。但是，该专利所提供的方法反应过程难以控制，减水率和坍落度保留值也依然不是很理想。

发明内容

[0007] 本发明为了克服现有技术中的上述不足，提供了一种新型的减水剂，该减水剂环保、坍落度损失小、减水率高，并且制备工艺简单，成本低廉。

[0008] 本发明所述丙烯酸系减水剂由下述组分制备而成：聚丙烯醇醚、顺丁烯二酸酐、甲基丙烯磺酸钠、丙烯酰胺、丙烯酸-2-羟基乙酯、引发剂和水。优选地，各组分的重量份数为：聚丙烯醇醚25-40份、顺丁烯二酸酐3-6份、甲基丙烯磺酸钠1-6份、丙烯酰胺0.5-4份、丙烯酸-2-羟基乙酯1-5份、引发剂0.5-4份和水100份。

[0009] 进一步优选地，各组分的重量份数为：聚丙烯醇醚30-35份、顺丁烯二酸酐3.5-4份、甲基丙烯磺酸钠2-3份、丙烯酰胺1-2份、丙烯酸-2-羟基乙酯2-3份、引发剂1-2份和水100份。

[0010] 优选所述聚丙烯醇醚为CH2＝CHCH2O(CH2CH2O)nH，其中n＝10-60。优选所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾或过硫酸钠。

[0011] 所述减水剂的制备方法包括：

[0012] 步骤一：将丙烯醇醚、顺丁烯二酸酐和甲基丙烯磺酸钠配制成水溶液，加入到反应釜中，搅拌，升温至80～100℃；

[0013] 步骤二：向步骤一中得到的混合物中滴加丙烯酰胺和丙烯酸-2-羟基乙酯形成的水溶液以及引发剂的水溶液，滴加过程中保持温度在80～100℃，滴加时间为2～5小时；

[0014] 步骤三：滴加完毕后，80～100℃下恒温反应2-8小时；

[0015] 步骤四：过滤。

[0016] 优选地，步骤一所述水溶液中，相对于100重量份的水，丙烯醇醚、顺丁烯二酸酐和甲基丙烯磺酸钠的重量份数分别为：100-150重量份、15-25重量份、1-15重量份。

[0017] 优选地，步骤二所述丙烯酰胺和丙烯酸-2-羟基乙酯形成的水溶液中，相对于100重量份的水，丙烯酰胺和丙烯酸-2-羟基乙酯的重量份数分别为12-18重量份和15-25重量份。步骤二中引发剂水溶液中引发剂的浓度为2-5重量％。优选地，步骤二中所述滴加时间为3-4小时，步骤三中所述恒温时间为4-5小时

具体实施方式

[0018] 实施例1

[0019] 步骤一：将320Kg丙烯醇醚CH2＝CHCH2O(CH2CH2O)nH(其中n＝10-60)、420Kg顺丁烯二酸酐和50Kg甲基丙烯磺酸钠加入到300Kg水中配制成水溶液，加入到反应釜中，搅拌，升温至90℃；

[0020] 步骤二：向步骤一中得到的混合物中滴加13Kg丙烯酰胺和26Kg丙烯酸-2-羟基乙酯与140Kg水形成的水溶液以及860Kg浓度为3％的过硫酸钾引发剂的水溶液，滴加过程中保持温度在90℃，滴加时间为3-3.5小时；

[0021] 步骤三：滴加完毕后，80～100℃下恒温反应约5小时；

[0022] 步骤四：过滤。

[0023] 产率为94％。所得产品的坍落度保留值和减水率值见表1。

[0024] 实施例2

[0025] 其它步骤与实施例1相同，不同之处在于用320Kg丙烯醇醚代替n值为200-300的CH2＝CHCH2O(CH2CH2O)nH代替实施例1中n＝10-60的CH2＝CHCH2O(CH2CH2O)nH。产率为90％。所得产品的坍落度保留值和减水率值见表1。

[0026] 实施例3

[0027] 其它步骤与实施例1相同，不同之处在于将丙烯酰胺的用量减少到8Kg。产率为80％。所得产品的坍落度保留值和减水率值见表1。

[0028] 实施例4

[0029] 其它步骤与实施例1相同，不同之处在于步骤二中将温度保持在80℃，而不是90℃。产率为93％。所得产品的坍落度保留值和减水率值见表1。

[0030] 对比例1

[0031] 其它步骤与实施例1相同，不同之处在于用420Kg对苯二甲酸酐代替步骤一中所述420Kg顺丁烯二酸酐。产率为95％。所得产品的坍落度保留值和减水率值见表1。

[0032] 对比例2

[0033] 其它步骤与实施例1相同，不同之处在于不加顺丁烯二酸酐。产率为95％。所得产品的坍落度保留值和减水率值见表1。

[0034] 对比例3

[0035] 其它步骤与实施例1相同，不同之处在于不加丙烯酰胺。产率为90％。所得产品的坍落度保留值和减水率值见表1。

[0036] 对比例4

[0037] 其它步骤与实施例1相同，不同之处在于用异丙醇代替丙烯酸-2-羟基乙酯。

[0038] 表1：

[0039] 将本发明减水剂和对比例所述减水剂分别添加到拉法基水泥中后的性能比较[0040]