專利名稱：一種引氣型聚羧酸系高性能減水劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種混凝土減水劑及其制備方法，具體涉及一種引氣型聚羧酸系高性能減水劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
減水劑是指可保持水泥凈漿、砂漿和混凝土工作度不變而顯著減少其拌和用水量的外加劑。它能顯著提高混凝土的強(qiáng)度，改善混凝土的抗凍性和抗?jié)B性，并減少水泥的使用量。
根據(jù)減水劑減水及增強(qiáng)能力，分為普通減水劑(又稱塑化劑，減水率不小于8%)、高效減水劑(又稱超塑化劑，減水率不小于14%)和高性能減水劑(減水率不小于25%)。隨著建筑技術(shù)的不斷進(jìn)步，大跨度、高層、超高層建筑層出不窮，相應(yīng)地，對(duì)用量最大的建筑材料一混凝土提出了更高要求，要求混凝土滿足高強(qiáng)、優(yōu)良工作性、高耐久性等各種性能。為此，在混凝土水膠比不斷降低的情況下，仍然要求混凝土的流動(dòng)性滿足泵送施工的要求。這就要求減水劑除具有更高的減水效果外，還能有效控制混凝土的坍落度損失，更好地解決混凝土的引氣、緩凝、泌水等問(wèn)題。而傳統(tǒng)的高效減水劑(如萘磺酸鹽、三聚氰胺磺酸鹽、氨基磺酸鹽等)難以很好地滿足這些要求。聚羧酸系減水劑是近些年發(fā)展起來(lái)的新型減水劑。具有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)與不同水泥之間有相對(duì)更好的相容性；即使在低摻量時(shí)，聚羧酸系減水劑也能使混凝土具有高流動(dòng)性；并且在低水灰比時(shí)具有低粘度和良好的坍落度保持性能；分子結(jié)構(gòu)自由度相當(dāng)大，外加劑合成上可控制的參數(shù)多，高性能化的潛力大，可對(duì)其進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，制造出“理想”的外加劑，更好地解決減水、引氣、緩凝、泌水等問(wèn)題；不使用甲醛等有害原材料；不含氯離子，對(duì)建筑鋼筋不會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕。從二十世紀(jì)末開始，國(guó)際學(xué)術(shù)界對(duì)混凝土的研究，不再單純追求混凝土的超高強(qiáng)度，而是逐漸向高性能化方向發(fā)展。高性能混凝土是指滿足力學(xué)性能要求的，具有高工作性、高耐久性和高體積穩(wěn)定性的混凝土。研究表明在混凝土內(nèi)部適量引入均勻分布的微小氣泡可以大大提高混凝土的耐久性能，但對(duì)混凝土強(qiáng)度有影響(含氣量每提高1%，混凝土強(qiáng)度約下降4 5%)。二十世紀(jì)九十年代，國(guó)內(nèi)也開始關(guān)注高性能混凝土研究，但在具體工程上仍然主要以混凝土強(qiáng)度為唯一驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，而忽視了混凝土的耐久性能，因此，國(guó)內(nèi)混凝土減水劑產(chǎn)品以低引氣性為主。近年來(lái)，隨著高速鐵路、跨海大橋、港口電站等工程的大量開工建設(shè)，對(duì)混凝土耐久性提出了很高要求，迫切需要研究開發(fā)一種引氣型的聚羧酸系高性能減水劑產(chǎn)品。現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)了如下幾種對(duì)聚羧酸系高性能減水劑的改良技術(shù)CN201110332112. 3介紹了一種通用型聚羧酸減水劑的合成方法。該通用聚羧酸減水劑為液態(tài)，固含量為40%。其是由改性聚氧乙烯醚或聚氧丙烯醚與(甲基)丙烯酸或衣康酸、甲基丙烯磺酸鈉等單體在鏈引發(fā)劑、鏈轉(zhuǎn)移劑的作用下進(jìn)行聚合后再中和所制備的含有羧基、磺酸基、聚氧乙烯基側(cè)鏈的減水劑。本發(fā)明制備得到的通用型聚羧酸減水劑堿含量低、減水率高，在以膠凝材料重量比0. 25 I. 0%加入時(shí)，混凝土操作省力，水泥拌合物具有高流動(dòng)性和高保坍性以及良好的和易性。該聚羧酸減水劑產(chǎn)品引氣性差，且氣泡尺寸大、不均勻，影響混凝土內(nèi)氣泡質(zhì)量。CN 201110207462. 7介紹了一種改性醚類聚羧酸減水劑及其制備方法。本發(fā)明公開了一種改性醚類聚羧酸減水劑，它是由50% 95%的甲基烯丙基聚氧乙烯醚、4% 40%的丙烯酸和I % 10% AMPS(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)三種單體進(jìn)行自由基引發(fā)共聚而成。本發(fā)明的改性醚類聚羧酸減水劑，由于引入了甲基烯丙基聚氧乙烯醚單體，合成的減水劑產(chǎn)品相比醚類聚羧酸減水劑具有更高的減水率和保坍性能，且引入的AMPS (2-丙 烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)也進(jìn)一步提高了產(chǎn)品的減水率，配制的混凝土具有低摻量、高流動(dòng)性、低坍落度經(jīng)時(shí)損失、良好的和易性和充分的早期強(qiáng)度，并使得產(chǎn)品對(duì)不同來(lái)源原材料的適應(yīng)能力大大提高。該聚羧酸減水劑產(chǎn)品屬于低引氣型，需通過(guò)后期復(fù)配專用引氣劑提聞廣品的引氣性能。CN201210118358. 5介紹了一種聚羧酸減水劑及其制備方法。其制備方法是將丙烯酸、異戊烯醇封端的聚氧化乙烯基、甲基丙烯磺酸鈉及苯乙烯，按照一定順序加入一定量的水中，在引發(fā)劑及分子量調(diào)節(jié)劑的共同作用下，在一定溫度下自由基聚合而成的。該工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)品性能單一，引氣性差，對(duì)混凝土原材料的適應(yīng)性差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種引氣型聚羧酸系高性能減水劑及其制備方法，以克服現(xiàn)有聚羧酸系減水劑引氣性能差、引入混凝土內(nèi)的氣泡尺寸大、不均勻的缺陷。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種引氣型聚羧酸系高性能減水劑，其特征在于包括0.25mol 單體 A、O-7Omol 單體 B、0.18mol 單體 C、0.05mol 單體 D，以去離子水為反應(yīng)介質(zhì)，與引發(fā)劑、鏈轉(zhuǎn)移劑，在50±2°C條件下保溫反應(yīng)4 5h，共聚得到分子量為60000 80000的聚合物，然后降溫到40°C以下，加入液堿調(diào)節(jié)體系pH值在6 8即得；所述的去離子水總用量為單體總質(zhì)量的2. 33倍；所述的引發(fā)劑用量按重量計(jì)為反應(yīng)總單體重量的0. 3 2. 5%，鏈轉(zhuǎn)移劑的用量按重量計(jì)為反應(yīng)總單體重量的0. 02
0.35% ；所述的單體A為聚合度為30 60的單體甲基烯基聚氧乙烯、烯丙基聚氧乙烯醚或聚氧丙烯醚；所述的單體B為甲基丙烯酸或丙烯酸；所述的單體C為甲基丙烯磺酸鈉、丙烯酰胺或2-丙烯酰胺基-甲基丙磺酸；所述的單體D為苯乙烯或乙酸乙酯；所述的引發(fā)劑為過(guò)硫酸銨、過(guò)硫酸鈉、過(guò)硫酸鉀、雙氧水中的一種或幾種混合；所述的鏈轉(zhuǎn)移劑為巰基乙酸、2-巰基丙酸、3-巰基丙酸、巰基乙醇、亞硫酸氫鈉中的一種或幾種混合；所述的液堿為40%氫氧化鈉溶液。上述技術(shù)方案中單體的用量是參與反應(yīng)的最佳原料比例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)進(jìn)行等同的變化。例如因?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)本身的誤差導(dǎo)致的參數(shù)變化與本發(fā)明的技術(shù)方案等同；或者為了提高某些單體的利用率增加另一些單體的用量，然后再進(jìn)行原料分離，但因?yàn)楸厝话ū景l(fā)明提出的用量，故也是與本發(fā)明的技術(shù)方案等同的。本發(fā)明的引氣型聚羧酸系高性能減水劑的制備方法，包括以下步驟
a、將部分單體B、單體C和單體D溶于去離子水中，攪拌均勻，得小單體溶液，攪拌均勻待用；b、將鏈轉(zhuǎn)移劑溶于去離子水中，攪拌均勻，得鏈轉(zhuǎn)移劑溶液待用；C、將單體A與去離子水投入反應(yīng)容器中加熱溶解，待單體A完全溶解后，加入余量的單體B與引發(fā)劑，繼續(xù)攪拌升溫，待溫度升至50±2°C，開始同步勻速滴加小單體溶液與鏈轉(zhuǎn)移劑溶液，3h滴完，然后繼續(xù)保溫反應(yīng)I 2h，反應(yīng)結(jié)束后降溫至40°C以下，加入液堿調(diào)節(jié)體系PH值至6 8之間，即得。進(jìn)一步的，所述的步驟a中加入的單體B的量相當(dāng)于兩倍單體C的摩爾量。其目的主要是保證整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中都有單體B，也就是丙烯酸或甲基丙烯酸作為主鏈，引發(fā)新的聚合反應(yīng),促使反應(yīng)完全。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明提供的引氣型聚羧酸系高性能減水劑是在水溶液介質(zhì)中，以甲基丙烯酸或丙烯酸為主鏈，以不飽和改性聚醚大單體為側(cè)鏈，引入新型引氣性不飽和小單體，得到具有目標(biāo)分子結(jié)構(gòu)、分子量分布、官能團(tuán)的引氣型聚羧酸系高性能減水劑，該減水劑減水率高(折固摻量為0. 2%時(shí)，減水率可達(dá)到30%)，引氣性能優(yōu)異(折固摻量為
0.2%時(shí)，混凝土含氣量可達(dá)到5 7%)，大幅提高混凝土的耐久性能，與混凝土原材料間具有廣泛的適應(yīng)性。
具體實(shí)施例方式為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更加清楚和明確本發(fā)明的技術(shù)方案，特提供下面優(yōu)選的實(shí)施例，但本發(fā)明的技術(shù)思想并不限于以下實(shí)施例。實(shí)施例一0. 25mol單體A為聚合度為30 60的甲基烯基聚氧乙烯；0. 70mol單體B為甲基丙烯酸；0. 18mol單體C為丙烯酰胺；0. 05mol單體D為乙酸乙酯；引發(fā)劑為過(guò)硫酸鈉；鏈轉(zhuǎn)移劑為巰基乙酸與亞硫酸氫鈉按1:2的比例混合的混合物；制備步驟a、相當(dāng)于兩倍單體C的摩爾量的單體B、單體C和單體D溶于去離子水中，攪拌均勻，得小單體溶液，攪拌均勻待用；b、將鏈轉(zhuǎn)移劑溶于去離子水中，攪拌均勻，得鏈轉(zhuǎn)移劑溶液待用，鏈轉(zhuǎn)移劑的用量按重量計(jì)為反應(yīng)總單體重量的0. 1% ；
C、將單體A與去離子水投入反應(yīng)容器中加熱溶解，待單體A完全溶解后，加入余量的單體B與引發(fā)劑，引發(fā)劑用量按重量計(jì)為反應(yīng)總單體重量的I. 2%，繼續(xù)攪拌升溫；待溫度升至50±2°C，開始同步勻速滴加小單體溶液與鏈轉(zhuǎn)移劑溶液，3h滴完，然后繼續(xù)保溫反應(yīng)I. 5h，反應(yīng)結(jié)束后降溫至40°C以下，加入40%氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)體系PH值至6 8之間，得到分子量為60000 80000，含固量為30%的產(chǎn)品。三個(gè)步驟中去離子水總用量為單體總質(zhì)量的2. 33倍。實(shí)施例二0. 25mol單體A為聚合度為30 60的烯丙基聚氧乙烯醚；
0. 70mol單體B為甲基丙烯酸；0. 18mol單體C為2_丙烯酰胺基_甲基丙磺酸；0. 05mol單體D為乙酸乙酯；引發(fā)劑為過(guò)硫酸銨與過(guò)硫酸鈉按I: I比例混合的混合物；鏈轉(zhuǎn)移劑為巰基乙酸；制備步驟a、相當(dāng)于兩倍單體C的摩爾量的單體B、單體C和單體D溶于去離子水中，攪拌均勻，得小單體溶液，攪拌均勻待用；b、將鏈轉(zhuǎn)移劑溶于去離子水中，攪拌均勻，得鏈轉(zhuǎn)移劑溶液待用，鏈轉(zhuǎn)移劑的用量按重量計(jì)為反應(yīng)總單體重量的0. 2% ；C、將單體A與去離子水投入反應(yīng)容器中加熱溶解，待單體A完全溶解后，加入余量的單體B與引發(fā)劑，引發(fā)劑用量按重量計(jì)為反應(yīng)總單體重量的I. 5%，繼續(xù)攪拌升溫；待溫度升至50±2°C，開始同步勻速滴加小單體溶液與鏈轉(zhuǎn)移劑溶液，3h滴完，然后繼續(xù)保溫反應(yīng)
I.5h，反應(yīng)結(jié)束后降溫至40°C以下，加入40%氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)體系PH值至6 8之間，得到分子量為60000 80000，含固量為30%的產(chǎn)品。三個(gè)步驟中去離子水總用量為單體總質(zhì)量的2. 33倍。實(shí)施例三0. 25mol單體A為聚合度為30 60的聚氧丙烯醚；0. 70mol單體B為丙烯酸；0. 18mol單體C為甲基丙烯磺酸鈉；0. 05mol單體D為苯乙??；引發(fā)劑為雙氧水；鏈轉(zhuǎn)移劑為巰基乙酸與2-巰基丙酸按2:1比例混合的混合物；制備步驟a、相當(dāng)于兩倍單體C的摩爾量的單體B、單體C和單體D溶于去離子水中，攪拌均勻，得小單體溶液，攪拌均勻待用；b、將鏈轉(zhuǎn)移劑溶于去離子水中，攪拌均勻，得鏈轉(zhuǎn)移劑溶液待用，鏈轉(zhuǎn)移劑的用量按重量計(jì)為反應(yīng)總單體重量的0. 25% ；C、將單體A與去離子水投入反應(yīng)容器中加熱溶解，待單體A完全溶解后，加入余量的單體B與引發(fā)劑(引發(fā)劑用量按重量計(jì)為反應(yīng)總單體重量的2. 2%)，繼續(xù)攪拌升溫，待溫度升至50±2°C，開始同步勻速滴加小單體溶液與鏈轉(zhuǎn)移劑溶液，3h滴完，然后繼續(xù)保溫反應(yīng)I. 5h,反應(yīng)結(jié)束后降溫至40°C以下,加入40%氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)體系PH值至6 8之間，得到分子量為60000 80000，含固量為30%的產(chǎn)品。三個(gè)步驟中去離子水總用量為單體總質(zhì)量的2. 33倍。其中實(shí)施例I的產(chǎn)品(含固量30%)與現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行性能對(duì)比的試驗(yàn)情況如下現(xiàn)有產(chǎn)品來(lái)源重慶健杰科技有限公司生產(chǎn)的JJPC-C型聚羧酸系高性能減水劑(含固量40%),以樣品I表不。按《混凝土外加劑》(GB8076-2008)進(jìn)行試驗(yàn)。I、減水率對(duì)比試驗(yàn) 混凝土配合比與減水率試驗(yàn)結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種引氣型聚羧酸系高性能減水劑，其特征在于包括O.25mol 單體 A、O.70mol 單體 B、O.18mol 單體 C、O.05mol 單體 D， 以去離子水為反應(yīng)介質(zhì)，與引發(fā)劑、鏈轉(zhuǎn)移劑，在50±2°C條件下保溫反應(yīng)4 5h，共聚得到分子量為60000 80000的聚合物，然后降溫到40°C以下，加入液堿調(diào)節(jié)體系pH值在6 8即得； 所述的去離子水總用量為單體總質(zhì)量的2. 33倍；所述的引發(fā)劑用量按重量計(jì)為反應(yīng)總單體重量的O. 3 2. 5%，鏈轉(zhuǎn)移劑的用量按重量計(jì)為反應(yīng)總單體重量的O. 02 O. 35% ；所述的單體A為聚合度為30 60的單體甲基烯基聚氧乙烯、烯丙基聚氧乙烯醚或聚氧丙烯醚； 所述的單體B為甲基丙烯酸或丙烯酸； 所述的單體C為甲基丙烯磺酸鈉、丙烯酰胺或2-丙烯酰胺基-甲基丙磺酸； 所述的單體D為苯乙烯或乙酸乙酯； 所述的引發(fā)劑為過(guò)硫酸銨、過(guò)硫酸鈉、過(guò)硫酸鉀、雙氧水中的一種或幾種混合； 所述的鏈轉(zhuǎn)移劑為巰基乙酸、2-巰基丙酸、3-巰基丙酸、巰基乙醇、亞硫酸氫鈉中的一種或幾種混合； 所述的液堿為40%氫氧化鈉溶液。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的引氣型聚羧酸系高性能減水劑的制備方法，包括以下步驟 a、將部分單體B、單體C和單體D溶于去離子水中，攪拌均勻，得小單體溶液，攪拌均勻待用； b、將鏈轉(zhuǎn)移劑溶于去離子水中，攪拌均勻，得鏈轉(zhuǎn)移劑溶液待用； C、將單體A與去離子水投入反應(yīng)容器中加熱溶解，待單體A完全溶解后，加入余量的單體B與引發(fā)劑，繼續(xù)攪拌升溫，待溫度升至50±2°C，開始同步勻速滴加小單體溶液與鏈轉(zhuǎn)移劑溶液，3h滴完，然后繼續(xù)保溫反應(yīng)I 2h，反應(yīng)結(jié)束后降溫至40°C以下，加入液堿調(diào)節(jié)體系PH值至6 8之間，即得。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的引氣型聚羧酸系高性能減水劑的制備方法，其特征在于所述的步驟a中加入的單體B的量相當(dāng)于兩倍單體C的摩爾量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種引氣型聚羧酸系高性能減水劑及其制備方法，減水劑包括0.25mol聚合度為30～60的單體甲基烯基聚氧乙烯、烯丙基聚氧乙烯醚或聚氧丙烯醚，0.70mol單體甲基丙烯酸或丙烯酸，0.18mol單體甲基丙烯磺酸鈉、丙烯酰胺或2-丙烯酰胺基-甲基丙磺酸，0.05mol單體苯乙烯或乙酸乙酯，以去離子水為反應(yīng)介質(zhì)，與引發(fā)劑、鏈轉(zhuǎn)移劑，在50±2℃條件下保溫反應(yīng)4～5h，共聚得到分子量為60000～80000的聚合物，然后降溫到40℃以下，加入40%氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)體系pH值在6～8即得；本發(fā)明提供的引氣型聚羧酸系高性能減水劑減水率高，折固摻量為0.2%時(shí)，減水率可達(dá)到30%；在未復(fù)配其他引氣劑的前提下，折固摻量為0.2%時(shí)，混凝土含氣量可達(dá)到5～7%。
文檔編號(hào)C08F220/06GK102951865SQ20121043204
公開日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2012年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月1日
發(fā)明者黃建國(guó), 董淵, 李志坤 申請(qǐng)人:重慶健杰科技有限公司