一种多磺酸盐型水泥减水剂及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种多磺酸盐型水泥减水剂及其制备方法，属于精细化学品制备【技术领域】。该多磺酸盐型水泥减水剂由以下原料组成：烯丙基聚氧乙烯醚、酸酐、催化剂及NaHSO3。制备包括：首先将烯丙基聚氧乙烯醚与酸酐和催化剂混合后，升温并不断搅拌，反应6h～10h后生成两端和中间均具有双键的聚合物；调节温度滴加NaHSO3，即制得多磺酸盐型水泥减水剂。本发明方法操作简便，过程易控，对设备要求低，环境友好，适合工业化大规模生产；经本发明方法制得的多磺酸盐型水泥减水剂具有优良的减水及分散性能。
【专利说明】
一种多磺酸盐型水泥减水剂及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于精细化学品制备【技术领域】，具体涉及一种多磺酸盐型水泥减水剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002]目前，根据减水剂减水及增强能力，减水剂主要可以分为四大类:一是以木质素系为主的普通减水剂，该类减水剂多为粉状低引气性缓凝剂，具有微引气性，可提高混凝土的抗渗冻融性能。但该类减水剂的分子结构以芳香环为主，柔顺性较差。二是以萘系减水剂为代表的高效减水剂，这类减水剂以绿色环保和较高的塑性受到亲耐。但萘系减水剂受分子结构的制约，无法从根本上改善混凝土的保坍性能和掺量过大的问题。三是聚羧酸类高性能减水剂，这类减水剂具有超分散性成为目前研宄的热点，发展迅猛。但其不耐硬水，会影响掺量。四是脂肪族磺酸盐类减水剂，其具有优良减水特性，其中磺酸基亲水性强，能提供强电荷，同时也能够耐硬水。脂肪族磺酸盐类减水剂是近几年发展起来的主要非萘系减水剂之一，它是以丙酮、甲醛、亚硫酸钠、焦亚硫酸钠等为主要原料，其生产工艺简单，生产周期短。但多以单磺酸基和双磺酸基为主，其减水性能不佳，同时原料有污染，有刺激性气味，不符合绿色生产的要求。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种多磺酸盐型水泥减水剂及其制备方法，该制备方法操作简单，环境友好，经该方法制得的多磺酸盐型水泥减水剂具有优良的减水及分散性能。
[0004]本发明是通过以下技术方案来实现:
[0005]一种多磺酸盐型水泥减水剂，由以下原料组成:烯丙基聚氧乙烯醚、酸酐、催化剂及NaHSO3;其中，酸酐与烯丙基聚氧乙烯醚的摩尔比为1.0: (2.0?2.4)，催化剂占酸酐与烯丙基聚氧乙烯醚总质量的0.5%?0.9%，酸酐与NaHSO3的摩尔比为1.0: (3.0?3.6)。
[0006]所述稀丙基聚氧乙稀酿的分子量为500?2500。
[0007]所述酸酐为邻苯二酸酐或含有烯、炔不饱和键的酸酐。
[0008]所述含有烯、炔不饱和键的酸酐为马来酸酐或己烯二酸酐。
[0009]所述催化剂为对甲苯磺酸、甲磺酸或苯甲酸。
[0010]一种多磺酸盐型水泥减水剂的制备方法，包括以下步骤:
[0011]I)取原料:稀丙基聚氧乙稀醚、酸酐、催化剂及NaHSO3;
[0012]其中，酸酐与烯丙基聚氧乙烯醚的摩尔比为1.0: (2.0?2.4)，催化剂占酸酐与烯丙基聚氧乙烯醚总质量的0.5%?0.9%，酸酐与NaHSO3的摩尔比为1.0: (3.0?3.6)；
[0013]2)将烯丙基聚氧乙烯醚升温至使其完全液化，然后加入酸酐和催化剂，在100?130°C下搅拌反应，然后向反应体系中加入NaHSO3;
[0014]3)使反应体系在80?100°C下持续搅拌反应，制得多磺酸盐型水泥减水剂。
[0015]步骤2)中使烯丙基聚氧乙烯醚完全液化的升温是将温度升至50°C?75°C。
[0016]步骤2)所述的搅拌反应时间为6?1h ;步骤3)所述的持续搅拌反应时间为3?5h0
[0017]步骤2)中向反应体系中加入NaHSO3是将NaHSO 3按原料配比配制成质量分数为20 %的溶液向反应体系中滴加。
[0018]所述烯丙基聚氧乙烯醚的分子量为500?2500 ;所述酸酐为邻苯二酸酐、马来酸酐或己烯二酸酐；所述催化剂为对甲苯磺酸、甲磺酸或苯甲酸。
[0019]与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果:
[0020]本发明的多磺酸盐型水泥减水剂由烯丙基聚氧乙烯醚、酸酐、催化剂及NaHSOji成，烯丙基聚氧乙烯醚具有活性较强的羟基和双键，与酸酐反应并在NaHSO3的作用下磺化后，制得含有三个磺酸基的水溶性聚合物。三个磺酸基能提供强电荷，能够伸展于水溶液中，形成有一定厚度的亲水性立体吸附层，从而在所吸附的水泥颗粒表面形成有一定厚度的亲水性立体吸附层更好的发挥其减水作用，还能够耐硬水。同时，所含有的聚醚键可以增强空间位阻及分子柔顺性，当水泥颗粒靠近时，吸附层开始重叠，能够在水泥颗粒间产生空间位阻作用，重叠越多，空间位阻斥力越大，对水泥颗粒间凝聚作用的阻碍也越大，因而增强了水泥的分散性能。
[0021]本发明公开的多磺酸盐型水泥减水剂制备方法，首先将烯丙基聚氧乙烯醚与酸酐和催化剂混合后，升温并不断搅拌，反应生成两端和中间均具有双键的聚合物，然后调节温度，通过滴加NaHSO3即可制得三磺酸基水泥减水剂。该方法操作简便，过程易控，对设备要求低，环境友好，适合工业化大规模生产。
【具体实施方式】
[0022]下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
[0023]实施例1
[0024]一种多磺酸盐型水泥减水剂，其原料组分及用量如下:
[0025]分子量为500的烯丙基聚氧乙烯醚、马来酸酐、对甲苯磺酸及NaHSO3;其中，马来酸酐与烯丙基聚氧乙烯醚的摩尔比为1.0:2.0;对甲苯磺酸占马来酸酐与烯丙基聚氧乙烯醚总质量的0.6% ;他肥03与马来酸酐的摩尔比为3.6:1.0o
[0026]该多磺酸盐型水泥减水剂的制备工艺:
[0027]将烯丙基聚氧乙烯醚缓慢升温至50 V完全液化后，迅速加入马来酸酐和对甲苯磺酸，控制温度为100°c，不断搅拌反应1h后将NaHSO3配制为质量分数为20%的溶液滴加，保持温度为80°C，搅拌约5h，即可制得三磺酸基减水剂。
[0028]实施例2
[0029]一种多磺酸盐型水泥减水剂，其原料组分及用量如下:
[0030]分子量为1500的烯丙基聚氧乙烯醚、马来酸酐、对甲苯磺酸及NaHSO3;其中，马来酸酐与烯丙基聚氧乙烯醚的摩尔比为1.0:2.1 ;对甲苯磺酸占马来酸酐与烯丙基聚氧乙烯醚总质量的0.6% ;他肥03与马来酸酐的摩尔比为3.2:1.0o
[0031]该多磺酸盐型水泥减水剂的制备工艺:
[0032]将烯丙基聚氧乙烯醚缓慢升温至60 V完全液化后，迅速加入马来酸酐和对甲苯磺酸，控制温度为110°c，不断搅拌反应8h后将NaHSO3配制为质量分数为20%的溶液滴加,保持温度为90°C，搅拌约4h，即可制得三磺酸基减水剂。
[0033]实施例3
[0034]一种多磺酸盐型水泥减水剂，其原料组分及用量如下:
[0035]分子量为2500的烯丙基聚氧乙烯醚、马来酸酐、对甲苯磺酸及NaHSO3;其中，马来酸酐与烯丙基聚氧乙烯醚的摩尔比为1.0:2.4;对甲苯磺酸占马来酸酐与烯丙基聚氧乙烯醚总质量的0.9% ;他肥03与马来酸酐的摩尔比为3.4:1.0o
[0036]该多磺酸盐型水泥减水剂的制备工艺:
[0037]将烯丙基聚氧乙烯醚缓慢升温至75 °C完全液化后，迅速加入马来酸酐和对甲苯磺酸，控制温度为130°C，不断搅拌反应6h后将NaHSO3配制为质量分数为20%的溶液滴加，保持温度为100°C，搅拌约3h，即可制得三磺酸基减水剂。
[0038]实施例4
[0039]一种多磺酸盐型水泥减水剂，其原料组分及用量如下:
[0040]分子量为1500的烯丙基聚氧乙烯醚、己烯二乙酸酐、对甲苯磺酸及NaHSO3;其中，己烯二乙酸酐与烯丙基聚氧乙烯醚的摩尔比为1.0:2.3 ;对甲苯磺酸占己烯二乙酸酐与烯丙基聚氧乙烯醚总质量的0.8% ;NaHS03与己烯二乙酸酐的摩尔比为3.5:1.0。
[0041]该多磺酸盐型水泥减水剂的制备工艺:
[0042]将烯丙基聚氧乙烯醚缓慢升温至65 °C完全液化后，迅速加入己烯二乙酸酐和对甲苯磺酸，控制温度为120°C，不断搅拌反应7h后将NaHSO3配制为质量分数为20%的溶液滴加，保持温度为85°C，搅拌约4h，即可制得三磺酸基减水剂。
[0043]实施例5
[0044]一种多磺酸盐型水泥减水剂，其原料组分及用量如下:
[0045]分子量为1500的烯丙基聚氧乙烯醚、邻苯二甲酸酐、苯甲酸及NaHS03;其中，苯甲酸与烯丙基聚氧乙烯醚的摩尔比为1.0:2.2 ;苯甲酸占邻苯二甲酸酐与烯丙基聚氧乙烯醚总质量的0.7% ;NaHS03与邻苯二甲酸酐的摩尔比为3.0: 1.0。
[0046]该多磺酸盐型水泥减水剂的制备工艺:
[0047]将烯丙基聚氧乙烯醚缓慢升温至50 V完全液化后，迅速加入邻苯二甲酸酐和苯甲酸，控制温度为100°C，不断搅拌反应1h后将NaHSO3配制为质量分数为20%的溶液滴加，保持温度为95°C，搅拌约4h，即可制得三磺酸基减水剂。
[0048]实施例6
[0049]一种多磺酸盐型水泥减水剂，其原料组分及用量如下:
[0050]分子量为1500的烯丙基聚氧乙烯醚、邻苯二甲酸酐、甲磺酸及NaHSO3;其中，邻苯二甲酸酐与烯丙基聚氧乙烯醚的摩尔比为1.0:2.0 ;甲磺酸占邻苯二甲酸酐与烯丙基聚氧乙烯醚总质量的0.5% ;NaHS03与邻苯二甲酸酐的摩尔比为3.3:1.0。
[0051]该多磺酸盐型水泥减水剂的制备工艺:
[0052]将烯丙基聚氧乙烯醚缓慢升温至65 °C完全液化后，迅速加入邻苯二甲酸酐和甲磺酸，控制温度为130°C，不断搅拌反应6h后将NaHSO3配制为质量分数为20%的溶液滴加,保持温度为100°C，搅拌约3h，即可制得三磺酸基减水剂。
[0053]综上所述，针对脂肪族磺酸盐类减水剂，若将单个分子中磺酸基数量增加，则亲水性、负电性会大大增加，使得静电斥力大幅提高，减水作用显著提高；同时分子中引入醚键有利于增强聚合物的柔顺性，且可以增强分子间的空间位阻，使减水剂的分散性增强，更好的发挥其减水作用。经本发明制得的多磺酸盐型水泥减水剂结构中具有三个磺酸基，伸展于水溶液中，从而在所吸附的水泥颗粒表面形成有一定厚度的亲水性立体吸附层更好的发挥其减水作用。且形成的聚醚键以其特有的柔顺性在当水泥颗粒靠近时，吸附层开始重叠，能够在水泥颗粒间产生空间位阻作用，重叠越多，空间位阻斥力越大，对水泥颗粒间凝聚作用的阻碍也越大，因而增强了水泥的分散性能。
【权利要求】
1.一种多磺酸盐型水泥减水剂，其特征在于，由以下原料组成:烯丙基聚氧乙烯醚、酸酐、催化剂及NaHSO3;其中，酸酐与烯丙基聚氧乙烯醚的摩尔比为1.0: (2.0?2.4)，催化剂占酸酐与烯丙基聚氧乙烯醚总质量的0.5%?0.9 %，酸酐与NaHSO3的摩尔比为1.0: (3.0 ?3.6)。
2.根据权利要求1所述的一种多磺酸盐型水泥减水剂，其特征在于，所述烯丙基聚氧乙稀酿的分子量为500?2500。
3.根据权利要求1所述的一种多磺酸盐型水泥减水剂，其特征在于，所述酸酐为邻苯二酸酐或含有烯、炔不饱和键的酸酐。
4.根据权利要求3所述的一种多磺酸盐型水泥减水剂，其特征在于，所述含有烯、炔不饱和键的酸酐为马来酸酐或己烯二酸酐。
5.根据权利要求1所述的一种多磺酸盐型水泥减水剂，其特征在于，所述催化剂为对甲苯磺酸、甲磺酸或苯甲酸。
6.一种多磺酸盐型水泥减水剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)取原料:烯丙基聚氧乙烯醚、酸酐、催化剂及NaHSO3; 其中，酸酐与烯丙基聚氧乙烯醚的摩尔比为1.0: (2.0?2.4)，催化剂占酸酐与烯丙基聚氧乙烯醚总质量的0.5%?0.9%，酸酐与NaHSO3的摩尔比为1.0: (3.0?3.6)； 2)将烯丙基聚氧乙烯醚升温至使其完全液化，然后加入酸酐和催化剂，在100?130°C下搅拌反应，然后向反应体系中加入NaHSO3; 3)使反应体系在80?100°C下持续搅拌反应，制得多磺酸盐型水泥减水剂。
7.根据权利要求6所述的一种多磺酸盐型水泥减水剂的制备方法，其特征在于，步骤2)中使烯丙基聚氧乙烯醚完全液化的升温是将温度升至50°C?75°C。
8.根据权利要求6所述的一种多磺酸盐型水泥减水剂的制备方法，其特征在于，步骤2)所述的搅拌反应时间为6?1h ;步骤3)所述的持续搅拌反应时间为3?5h。
9.根据权利要求6所述的一种多磺酸盐型水泥减水剂的制备方法，其特征在于，步骤2)中向反应体系中加入NaHSO3是将NaHSO 3按原料配比配制成质量分数为20 %的溶液向反应体系中滴加。
10.根据权利要求6所述的一种多磺酸盐型水泥减水剂的制备方法，其特征在于，所述烯丙基聚氧乙烯醚的分子量为500?2500 ;所述酸酐为邻苯二酸酐、马来酸酐或己烯二酸酐；所述催化剂为对甲苯磺酸、甲磺酸或苯甲酸。
【文档编号】C04B103/30GK104478279SQ201410833420
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月27日 优先权日:2014年12月27日
【发明者】李刚辉, 樊孟孟, 宋洁, 樊文娜 申请人:陕西科技大学