專利名稱：引氣可控制型聚羧酸系減水劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于混凝土減水劑的制備方法，具體涉及一種引氣可控制型聚羧酸 系減水劑的制備方法。技術(shù)背景在我國，高效減水劑廣泛用于工業(yè)及民用建筑中。隨著建筑技術(shù)及施工技術(shù) 的發(fā)展，近年來高強混凝土及大流動度混凝土、商品混凝土發(fā)展很快，而這些混 凝土都必須摻用高效減水劑或具有高效減水劑成分的復(fù)合減水劑，沿海開發(fā)區(qū)、 上海、天津、北京等地發(fā)展尤為突出。此外，蒸養(yǎng)、高耐久性、高抗?jié)B、橋梁、 軌枕等混凝土也必須摻和高效減水劑。近幾年，我國的商品混凝土發(fā)展速度驚人， 1999年全國總產(chǎn)量為5414萬方，2000年為7833萬方，2002年商品混凝土產(chǎn)量 超過百萬立方米的城市就達到26個，這26個城市混凝土的總產(chǎn)量就達到11000 萬方。高效減水劑作為混凝土的第五組分已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種混凝土，到2005 年年底，全國共有合成高效減水劑企業(yè)200多家，其中規(guī)?；髽I(yè)近80家，年 產(chǎn)高效減水劑lll萬噸，年銷售收入約51億元，位居世界第一。目前高效減水 劑的最主要產(chǎn)品是萘系減水劑，但萘系高效減水劑由于減水率不太高，混凝土坍 落度損失過快，堿含量高等缺點難以滿足高性能混凝土的施工要求，而復(fù)配產(chǎn)品 性能很不穩(wěn)定，往往影響到混凝土施工和性能。另外，合成原料甲醛對環(huán)境有污 染，工藝相對也比較復(fù)雜，對設(shè)備要求比較高。這一切促使高性能減水劑向新一 代產(chǎn)品發(fā)展。一方面由于混凝土減水劑高性能化和制備超高強、超耐久、高流態(tài)混凝土的 需要，另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的高效減水劑已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代高性能混凝土發(fā)展的需求， 新型聚羧酸系混凝土高性能減水劑以其高減水率，低枬落度損失，低堿含量，與 水泥相容性好等優(yōu)良的性能被國內(nèi)外廣泛關(guān)注，己經(jīng)成為近年來世界各國研究的 熱點。聚羧酸系混凝土高性能減水劑是繼以木鈣為代表的普通減水劑和以萘系為 代表的高效減水劑之后的第三代高性能化學(xué)減水劑。聚羧酸系減水劑的合成屬于 精細化工范疇，而產(chǎn)品是用于建筑工程材料。母夜產(chǎn)品單一已經(jīng)成為制約聚羧酸 減水劑發(fā)展的重要問題。由于缺少對減水劑功能控制型的研究而無法實現(xiàn)產(chǎn)品的多元化發(fā)展。由于引氣作用，可在混凝土中引入大量微小且獨立的氣泡，這些球狀氣泡如 滾珠一樣使混凝土和易性得到較大程度的改善。由于氣泡增加了漿體體積和對拌 和料的潤滑作用，以及增加了漿體的粘度和屈服應(yīng)力，因此，減水劑的引氣性， 可明顯改善混凝土的工作性、塑性和內(nèi)聚性。黃士元教授研究表明，砼中引入 4%的含氣量，可使砼的抗?jié)B性提高的約15%以上。近年來，國內(nèi)有不少學(xué)者建議 在冬施使用防凍劑時復(fù)合引氣劑，他們認為引氣劑能減少混凝土早期受凍的凍脹 力。由此可見，混凝土中適當?shù)囊龤饪商岣呋炷恋暮鸵仔?，強化界面過渡區(qū)， 提高水工混凝土的抗凍性和抗?jié)B性。但是，引氣過多，混凝土強度下降， 一般來 說，但含氣量大于4%，引氣量增加1%，混凝土強度下降3% 5%。傳統(tǒng)的方法一般在減水劑中后復(fù)配引氣劑控制其含氣量。引氣劑品種多，引 氣效果差異較大，同時還存在與減水劑相容性問題。本發(fā)明制備的引氣可控制型 聚羧酸減水劑無需后復(fù)配，在減水劑合成過程中通過調(diào)整甲基丙烯酸聚乙二醇單 甲醚酯的分子量、調(diào)整羧基側(cè)鏈與聚氧乙烯基側(cè)鏈比例，從而調(diào)整減水劑的含氣 量。與傳統(tǒng)的方法相比，本發(fā)明無需后續(xù)工藝處理，引氣性穩(wěn)定，與水泥相容性 好，可有效避免泌水、離析、板結(jié)等問題，提高混凝土的和易性。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服聚羧酸減水劑母夜產(chǎn)品單一及傳統(tǒng)后復(fù)配技術(shù)的不 穩(wěn)定的缺點，實現(xiàn)合成過程中控制含氣量，促進聚羧酸減水劑母夜產(chǎn)品的多元化 發(fā)展。本發(fā)明是由甲基丙烯酸聚乙二醇單甲醚酯與甲基丙烯酸聚合而成。用此方法 合成的減水劑含有羧基、聚氧乙烯基親水性側(cè)鏈基團，對水泥顆粒有較好的分散 性和分散保持性，通過調(diào)整甲基丙烯酸聚乙二醇單甲醚酯的分子量、調(diào)整羧基側(cè) 鏈與聚氧乙烯基側(cè)鏈比例，從而控制共聚物減水劑的引氣量，可有效提高混凝土 和易性，防止混凝土泌水、離析。同時，根據(jù)實際工程對引氣性的要求不同，可 合成滿足工程需要的減水劑。同時合成工藝設(shè)備簡單、反應(yīng)條件簡單易控制、沒 有污染、成本低易于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明提供的技術(shù)方案是引氣可控制型聚羧酸系減水劑的制備方法，在75 8(TC的水中， 一邊滴加甲基丙烯酸聚乙二醇單甲醚酯和甲基丙烯酸水溶液，一邊滴加引發(fā)劑水溶液，溫度保持75 8(TC，在6 7h內(nèi)滴完反應(yīng)物，78 80 X:保溫2 3h，自然冷卻至室溫，用稀堿溶液中和至pH=6. 5 7. 5，得到引氣可 控制型聚羧酸系減水劑；合成過程中反應(yīng)物組分的重量百分比為 甲基丙烯酸 4-6%
甲基丙烯酸聚乙二醇單甲醚酯15-18%
引發(fā)劑 0.7-0.9% 水 77-79%
其中甲基丙烯酸聚乙二醇單甲醚酯和甲基丙烯酸水溶液中水的量為總水量
的24-27wt%、引發(fā)劑水溶液中水的量為總水量的36-40wt%。
上述引發(fā)劑為亞硫酸氫鈉與過硫酸銨的混合物，其質(zhì)量比為l: (15 31)。 上述甲基丙烯酸聚乙二醇單甲醚酯的分子量為400 2000，減水劑的消泡 時間在70 110s范圍內(nèi)，混凝土含氣量在2 8%范圍內(nèi)。
本發(fā)明與以往聚羧酸減水劑相比， 一方面具有合成工藝設(shè)備簡單、反應(yīng)條件 簡單易控制、沒有污染、成本低易于工業(yè)化生產(chǎn)，合成的引氣可控制型聚羧酸系 減水劑在較低的摻量下，具有減水率高，流動性和流動保持性好，可控制含氣量， 可有效提高混凝土和易性，防止混凝土泌水、離析，強化界面過渡區(qū)，提高水工 混凝土的抗凍性和抗?jié)B性。
采用本發(fā)明的引氣可控制型聚羧酸系減水劑，產(chǎn)品適應(yīng)性強，適應(yīng)于多種型 號的水泥。當用20wt^濃度的該減水劑，摻量為水泥重量的1.0%時，減水率可 達30%,混凝土含氣量可控制在2 8%范圍內(nèi)，配制的混凝土 3d， 28d， 90d 抗壓強度分別能提高60%， 50%， 30%以上。另外堿含量低，不含氯離子，對 鋼筋無腐蝕性；可廣泛應(yīng)用于各種大壩，橋梁，鐵路等大型對耐久性有較高要求 的高強高性能混凝土建筑中。產(chǎn)品不含甲醛，對環(huán)境不造成污染，且性能穩(wěn)定。


圖1為本發(fā)明所用甲基丙烯酸聚乙二醇單甲醚酯的分子量與本發(fā)明減水劑 的消泡時間關(guān)系圖2為本發(fā)明所用甲基丙烯酸聚乙二醇單甲醚酯的分子量與本發(fā)明減水劑 的含氣量關(guān)系圖。
具體實施方式
實施例1:
在反應(yīng)器中加入138.65g的水，預(yù)熱至75 8(TC時， 一邊滴加由25.00g甲 基丙烯酸、80.00g甲基丙烯酸聚乙二醇單甲醚酯(600)和97.75g水組成的溶液， 另一邊滴加由0.125g亞硫酸氫鈉、3.875g過硫酸銨與138.65g水組成的混合溶液， 在6 7h滴完，反應(yīng)完后保溫2 3h,冷卻至室溫，用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH=6.5 7.5，
得到本發(fā)明的引氣可控制型聚羧酸系減水劑。實驗證明該減水劑的消泡時間為 80s,配制的混凝土含氣量為4.5%。 實施例2:
在反應(yīng)器中加入138.65g的水，預(yù)熱至75 80'C時， 一邊滴加由25.00g甲 基丙烯酸、80.00g甲基丙烯酸聚乙二醇單甲醚酯(1000)和97.75g水組成的溶 液，另一邊滴加由0.125g亞硫酸氫鈉、3.875g過硫酸銨與138.65g水組成的混合 溶液，在6 7h滴完，反應(yīng)完后保溫2 3h，冷卻至室溫，用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH-6.5 7.5，得到本發(fā)明的引氣可控制型聚羧酸系減水劑。實驗證明該減水劑的消泡時 間為30s，配制的混凝土含氣量為3.0%。
實施例3:
在反應(yīng)器中加入138.65g的水，預(yù)熱至75 8(TC時， 一邊滴加由25.00g甲 基丙烯酸、80.00g甲基丙烯酸聚乙二醇單甲醚酯(2000)和97.75g水組成的溶 液，另一邊滴加由0.25g亞硫酸氫鈉、3.75g過硫酸銨與138.65g水組成的混合溶 液，在6 7h滴完，反應(yīng)完后保溫2 3h，冷卻至室溫，用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH=6.5 7.5，得到本發(fā)明的引氣可控制型聚羧酸系減水劑。實驗證明該減水劑的消泡時 間為22s，配制的混凝土含氣量為2.0%。
圖1和圖2為本發(fā)明采用不同甲基丙烯酸聚乙二醇單甲醚酯的分子量與本發(fā) 明減水劑的消泡時間和含氣量關(guān)系的實驗結(jié)果圖。實驗證明(參見圖l、圖2)， 本發(fā)明可通過調(diào)整產(chǎn)品引氣可控制型聚羧酸減水劑長側(cè)鏈聚氧乙烯基分子量(即 甲基丙烯酸聚乙二醇單甲醚酯的分子量400 2000)比例，從而實現(xiàn)聚羧酸減 水劑的引氣可控制性。
權(quán)利要求
1.一種引氣可控制型聚羧酸系減水劑的制備方法，其特征在于在75～80℃的水中，一邊滴加甲基丙烯酸聚乙二醇單甲醚酯和甲基丙烯酸水溶液，一邊滴加引發(fā)劑水溶液，溫度保持75～80℃，在6～7h內(nèi)滴完反應(yīng)物，78～80℃保溫2～3h，自然冷卻至室溫，用稀堿溶液中和至pH＝6.5～7.5，得到引氣可控制型聚羧酸系減水劑；合成過程中反應(yīng)物組分的重量百分比為甲基丙烯酸4-6％甲基丙烯酸聚乙二醇單甲醚酯15-18％引發(fā)劑0.7-0.9％水77-79％其中甲基丙烯酸聚乙二醇單甲醚酯和甲基丙烯酸水溶液中水的量為總水量的24-27wt％、引發(fā)劑水溶液中水的量為總水量的36-40wt％。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于甲基丙烯酸聚乙二醇單甲醚酯的分子量為400 2000，減水劑的消泡時間在70 110s范圍內(nèi)，混凝土含氣 量在2 8%范圍內(nèi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于引發(fā)劑為亞硫酸氫鈉與 過硫酸銨的混合物，其質(zhì)量比為l: (15 31)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種引氣可控制型聚羧酸系減水劑的制備方法，在75～80℃的水中，一邊滴加甲基丙烯酸聚乙二醇單甲醚酯和甲基丙烯酸水溶液，一邊滴加引發(fā)劑水溶液，溫度保持75～80℃，在6～7h內(nèi)滴完反應(yīng)物，78～80℃保溫2～3h，自然冷卻至室溫，用稀堿溶液中和至pH＝6.5～7.5，得到引氣可控制型聚羧酸系減水劑。本發(fā)明合成工藝設(shè)備簡單、反應(yīng)條件簡單易控制、沒有污染、成本低易于工業(yè)化生產(chǎn)，合成的引氣可控制型聚羧酸系減水劑在較低的摻量下，具有減水率高，流動性和流動保持性好，可控制含氣量，可有效提高混凝土和易性，防止混凝土泌水、離析，強化界面過渡區(qū)，提高水工混凝土的抗凍性和抗?jié)B性。
文檔編號C08F290/06GK101293946SQ20081004810
公開日2008年10月29日 申請日期2008年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月20日
發(fā)明者何向全, 呂國玉, 慢 張, 亮 李, 許紅生, 譚洪波, 玲 馬, 馬保國 申請人:武漢理工大學(xué)