本发明涉及一种高保坍型聚羧酸高性能减水剂及其制备方法。
背景技术：
随着工程施工及应用中对混凝土建筑物的耐久性和强度要求越来越高，这要求开发出具有更高性能的聚羧酸减水剂。近年来，随着国家对节能减排的愈加重视及低碳经济理念的迅速推广，科技工作者在力争提高混凝土减水剂性能的同时也关注如何减其少对能源的消耗。
目前，随着高强度高性能混凝土技术和施工的不断提高，现有的高效减水剂包括萘系高效减水剂、密胺系高效减水剂、氨基磺酸盐减水剂及脂肪族减水剂等，由于其减水率低、保坍性不好，易引起明显缓凝作用，碱含量高等因素，已很难满足现代混凝土的技术和要求。为此国内外研究的热点主要是开发新品种和新的合成方法，而在众多减水剂中，具有梳型分子结构的聚羧酸高性能减水剂，成为目前国内外化学外加剂研究与开发的重点。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明目的是提供一种克服了常用普通减水剂保坍性差，适应性差、造成凝结时间长等缺点，具有高保坍、减水率高和凝结时间短的高保坍型聚羧酸高性能减水剂。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种高保坍型聚羧酸高性能减水剂，由以下重量份配比的原料制成：烯丙基聚氧乙烯醚23-35份、二羟基酮12-18份、木质素磺酸钠12-15份、不饱和甲基烯基聚氧乙烯醚17-21份、链转移剂11-13份、不饱和十八烷基甜菜碱9-16份、聚乙二醇丙烯酸酯18-26份、丙烯酸钠7-9份、氨基芳基磺化剂16-20份、高分子聚合物13-18份、草酸14-16份、缩水甘油10-14份、稀碱液13-15份、防冻剂6-9份和引发剂5-7份。
进一步的，所述链转移剂为常用作自由基聚合的脂肪族硫醇、十二烷基硫醇中的一种或一种以上混合物。
进一步的，所述高分子聚合物为羧甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇中的一种或一种以上混合物。
进一步的，所述防冻剂为亚硝酸钠、碳酸盐、氯化钙、亚硝酸钙、尿素、乙二醇中的一种或一种以上混合物。
如权利要求1所述的一种高保坍型聚羧酸高性能减水剂，其特征在于：所述引发剂为有机过氧化物引发剂和无机过氧化物引发剂的混合物。
进一步的，所述有机过氧化物引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰、过氧化甲乙酮、过氧化环己酮、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化二碳酸二环己酯中的一种或一种以上混合物。
进一步的，所述无机过氧化物引发剂为过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的一种或一种以上混合物。
本发明要解决的另一技术问题为提供一种高保坍型聚羧酸高性能减水剂的制备方法，包括以下步骤：
1)将烯丙基聚氧乙烯醚23-35份、二羟基酮12-18份、木质素磺酸钠12-15份和不饱和甲基烯基聚氧乙烯醚17-21份加入反应釜中，并升温到50℃时，按烯丙基聚氧乙烯醚、二羟基酮、木质素磺酸钠和不饱和甲基烯基聚氧乙烯醚总重量比例1:6添加净水，使得烯丙基聚氧乙烯醚、二羟基酮、木质素磺酸钠和不饱和甲基烯基聚氧乙烯醚与水溶解，制得水溶液，备用；
2)启动步骤1)反应釜中的搅拌器以40r/pm的转速旋转，对制得的水溶液进行搅拌升温，当升温至90℃后，添加链转移剂11-13份、不饱和十八烷基甜菜碱9-16份、聚乙二醇丙烯酸酯18-26份、丙烯酸钠7-9份、氨基芳基磺化剂16-20份、高分子聚合物13-18份、防冻剂6-9份和引发剂5-7份，保持90℃的温度，搅拌器的转速由40r/pm提升至60r/pm，持续搅拌2小时，制得混合溶液，备用；
3)取草酸14-16份、缩水甘油10-14份和稀碱液13-15份加入反应容器内，并按草酸、缩水甘油和稀碱液总重量比例1:2添加净水，通过玻璃棒将草酸、缩水甘油和稀碱液搅拌稀释，制得酸性溶液，备用；
4)将步骤2)的反应釜停止降温并停止启动搅拌器，使制备得的混合溶液经过自然冷却，在混合溶液降温到30℃时，再次启动搅拌器以25r/pm的转速旋转，并滴加步骤3)制得的酸性溶液，使得混合溶液的pH调整到6-8，即得减水剂。
5)将步骤4)制得的减水剂用桶封存，并置于0-35℃的阴凉处保存。
本发明的有益效果在于：将烯丙基聚氧乙烯醚、二羟基酮、木质素磺酸钠和不饱和甲基烯基聚氧乙烯醚在反应釜中与水进行高温溶解，并且结合工艺，在其升温后添加链转移剂、不饱和十八烷基甜菜碱、聚乙二醇丙烯酸酯、丙烯酸钠、氨基芳基磺化剂、高分子聚合物、防冻剂和引发剂，能够提高制成的减水剂更容易与水泥混合均匀，最后结合由草酸、缩水甘油和稀碱液混合净水制成的酸性溶液，能够在使用中通过酸性溶液中和水泥的酸碱度，进而提高减水效果，得到能够克服常用普通减水剂保坍性差，因应性差造成凝结时间长等缺点，具有高保坍、减水率高和凝结时间短的优点。
具体实施方式
实施例1
一种高保坍型聚羧酸高性能减水剂，由以下重量份配比的原料制成：烯丙基聚氧乙烯醚35份、二羟基酮12份、木质素磺酸钠12份、不饱和甲基烯基聚氧乙烯醚17份、链转移剂11份、不饱和十八烷基甜菜碱9份、聚乙二醇丙烯酸酯18份、丙烯酸钠7份、氨基芳基磺化剂16份、高分子聚合物13份、草酸14份、缩水甘油10份、稀碱液13份、防冻剂6份和引发剂5份。
在本实施例中，所述链转移剂为常用作自由基聚合的脂肪族硫醇。所述高分子聚合物为羧甲基纤维素和羟乙基甲基纤维素。所述防冻剂为亚硝酸钠、碳酸盐和氯化钙。所述引发剂为有机过氧化物引发剂和无机过氧化物引发剂的混合物。所述有机过氧化物引发剂为过氧化苯甲酰和过氧化月桂酰。所述无机过氧化物引发剂为过硫酸钾和过硫酸钠。
一种高保坍型聚羧酸高性能减水剂的制备方法，包括以下步骤：
1)将烯丙基聚氧乙烯醚35份、二羟基酮12份、木质素磺酸钠12份和不饱和甲基烯基聚氧乙烯醚17份加入反应釜中，并升温到50℃时，按烯丙基聚氧乙烯醚、二羟基酮、木质素磺酸钠和不饱和甲基烯基聚氧乙烯醚总重量比例1:6添加净水，使得烯丙基聚氧乙烯醚、二羟基酮、木质素磺酸钠和不饱和甲基烯基聚氧乙烯醚与水溶解，制得水溶液，备用；
2)启动步骤1)反应釜中的搅拌器以40r/pm的转速旋转，对制得的水溶液进行搅拌升温，当升温至90℃后，添加链转移剂11份、不饱和十八烷基甜菜碱9份、聚乙二醇丙烯酸酯18份、丙烯酸钠7份、氨基芳基磺化剂16份、高分子聚合物13份、防冻剂6份和引发剂5份，保持90℃的温度，搅拌器的转速由40r/pm提升至60r/pm，持续搅拌2小时，制得混合溶液，备用；
3)取草酸14份、缩水甘油10份和稀碱液13份加入反应容器内，并按草酸、缩水甘油和稀碱液总重量比例1:2添加净水，通过玻璃棒将草酸、缩水甘油和稀碱液搅拌稀释，制得酸性溶液，备用；
4)将步骤2)的反应釜停止降温并停止启动搅拌器，使制备得的混合溶液经过自然冷却，在混合溶液降温到30℃时，再次启动搅拌器以25r/pm的转速旋转，并滴加步骤3)制得的酸性溶液，使得混合溶液的pH调整到6-8，即得减水剂。
5)将步骤4)制得的减水剂用桶封存，并置于0-35℃的阴凉处保存。
实施例2
一种高保坍型聚羧酸高性能减水剂，由以下重量份配比的原料制成：烯丙基聚氧乙烯醚23份、二羟基酮18份、木质素磺酸钠15份、不饱和甲基烯基聚氧乙烯醚21份、链转移剂13份、不饱和十八烷基甜菜碱16份、聚乙二醇丙烯酸酯26份、丙烯酸钠9份、氨基芳基磺化剂20份、高分子聚合物18份、草酸16份、缩水甘油14份、稀碱液15份、防冻剂9份和引发剂7份。
在本实施例中，所述链转移剂为常用作自由基聚合的十二烷基硫醇中。所述高分子聚合物为羟丙基甲基纤维素和聚乙烯醇。所述防冻剂为亚硝酸钙、尿素和乙二醇。所述引发剂为有机过氧化物引发剂和无机过氧化物引发剂的混合物。所述有机过氧化物引发剂为过氧化二碳酸二异丙酯和过氧化二碳酸二环己酯。所述无机过氧化物引发剂为过硫酸钠和过硫酸铵。
一种高保坍型聚羧酸高性能减水剂的制备方法，包括以下步骤：
1)将烯丙基聚氧乙烯醚23份、二羟基酮18份、木质素磺酸钠15份和不饱和甲基烯基聚氧乙烯醚21份加入反应釜中，并升温到50℃时，按烯丙基聚氧乙烯醚、二羟基酮、木质素磺酸钠和不饱和甲基烯基聚氧乙烯醚总重量比例1:6添加净水，使得烯丙基聚氧乙烯醚、二羟基酮、木质素磺酸钠和不饱和甲基烯基聚氧乙烯醚与水溶解，制得水溶液，备用；
2)启动步骤1)反应釜中的搅拌器以40r/pm的转速旋转，对制得的水溶液进行搅拌升温，当升温至90℃后，添加链转移剂13份、不饱和十八烷基甜菜碱16份、聚乙二醇丙烯酸酯26份、丙烯酸钠9份、氨基芳基磺化剂20份、高分子聚合物18份、防冻剂9份和引发剂7份，保持90℃的温度，搅拌器的转速由40r/pm提升至60r/pm，持续搅拌2小时，制得混合溶液，备用；
3)取草酸16份、缩水甘油14份和稀碱液15份加入反应容器内，并按草酸、缩水甘油和稀碱液总重量比例1:2添加净水，通过玻璃棒将草酸、缩水甘油和稀碱液搅拌稀释，制得酸性溶液，备用；
4)将步骤2)的反应釜停止降温并停止启动搅拌器，使制备得的混合溶液经过自然冷却，在混合溶液降温到30℃时，再次启动搅拌器以25r/pm的转速旋转，并滴加步骤3)制得的酸性溶液，使得混合溶液的pH调整到6-8，即得减水剂。
5)将步骤4)制得的减水剂用桶封存，并置于0-35℃的阴凉处保存。
实施例3
一种高保坍型聚羧酸高性能减水剂，由以下重量份配比的原料制成：烯丙基聚氧乙烯醚29份、二羟基酮15份、木质素磺酸钠13.5份、不饱和甲基烯基聚氧乙烯醚19份、链转移剂12份、不饱和十八烷基甜菜碱12.5份、聚乙二醇丙烯酸酯22份、丙烯酸钠8份、氨基芳基磺化剂18份、高分子聚合物15.5份、草酸15份、缩水甘油12份、稀碱液14份、防冻剂7.5份和引发剂6份。
在本实施例中，所述链转移剂为常用作自由基聚合的脂肪族硫醇和十二烷基硫醇的混合物。所述高分子聚合物为羧甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇的混合物。所述防冻剂为亚硝酸钠、碳酸盐、氯化钙、亚硝酸钙、尿素、乙二醇的混合物。所述引发剂为有机过氧化物引发剂和无机过氧化物引发剂的混合物。所述有机过氧化物引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰、过氧化甲乙酮、过氧化环己酮、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化二碳酸二环己酯的混合物。所述无机过氧化物引发剂为过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵的混合物。
一种高保坍型聚羧酸高性能减水剂的制备方法，包括以下步骤：
1)将烯丙基聚氧乙烯醚29份、二羟基酮15份、木质素磺酸钠13.5份和不饱和甲基烯基聚氧乙烯醚19份加入反应釜中，并升温到50℃时，按烯丙基聚氧乙烯醚、二羟基酮、木质素磺酸钠和不饱和甲基烯基聚氧乙烯醚总重量比例1:6添加净水，使得烯丙基聚氧乙烯醚、二羟基酮、木质素磺酸钠和不饱和甲基烯基聚氧乙烯醚与水溶解，制得水溶液，备用；
2)启动步骤1)反应釜中的搅拌器以40r/pm的转速旋转，对制得的水溶液进行搅拌升温，当升温至90℃后，添加链转移剂12份、不饱和十八烷基甜菜碱12.5份、聚乙二醇丙烯酸酯22份、丙烯酸钠8份、氨基芳基磺化剂18份、高分子聚合物15.5份、防冻剂7.5份和引发剂6份，保持90℃的温度，搅拌器的转速由40r/pm提升至60r/pm，持续搅拌2小时，制得混合溶液，备用；
3)取草酸15份、缩水甘油12份、稀碱液14份加入反应容器内，并按草酸、缩水甘油和稀碱液总重量比例1:2添加净水，通过玻璃棒将草酸、缩水甘油和稀碱液搅拌稀释，制得酸性溶液，备用；
4)将步骤2)的反应釜停止降温并停止启动搅拌器，使制备得的混合溶液经过自然冷却，在混合溶液降温到30℃时，再次启动搅拌器以25r/pm的转速旋转，并滴加步骤3)制得的酸性溶液，使得混合溶液的pH调整到6-8，即得减水剂。
5)将步骤4)制得的减水剂用桶封存，并置于0-35℃的阴凉处保存。
实验例
掺有减水剂混凝土的标准性能指标如表1所示
表1
根据表1所示的技术指标，选用烯丙基聚氧乙烯醚合成的减水剂作为对照组，本申请的高保坍型聚羧酸高性能减水剂为实验组。
实验对象：取两组42.5普硅水泥作为实验对象，每组的42.5普硅水泥为1m3，配以3m3的砂石，采用对照组制成面积为10平方米、厚度为10cm的水泥板，实验组制成面积为10平方米、厚度为10cm的水泥板。
实验方法：根据减水率测试、泌水率比测试、含气量测试、凝结时间测试、抗压强度比以及收缩率比测试对比烯丙基聚氧乙烯醚合成的减水剂和高保坍型聚羧酸高性能减水剂的性能；其中检测的掺加量为0.75％，测试时间为30天。
以烯丙基聚氧乙烯醚合成的减水剂作为对照组的测试数据如表2所示
表2
以本申请的高保坍型聚羧酸高性能减水剂为实验组的测试数据如表3所示
表3
根据表2-3所示，对比分别由烯丙基聚氧乙烯醚合成的减水剂以及本申请的高保坍型聚羧酸高性能减水剂采用42.5普硅水泥制成的相同条件的水泥板，在减水率测试、泌水率比测试、含气率测试、凝结时间测试、抗压强度比以及收缩率比测试对比所得的数据，掺加本申请的高保坍型聚羧酸高性能减水剂制得的水泥板优于掺加烯丙基聚氧乙烯醚合成的减水剂制成的水泥板。
综合表2和表3的实验数据，得到本申请的高保坍型聚羧酸高性能减水剂更能体现高保坍、减水率高和凝结时间短的特点。
本发明的有益效果在于：将烯丙基聚氧乙烯醚、二羟基酮、木质素磺酸钠和不饱和甲基烯基聚氧乙烯醚在反应釜中与水进行高温溶解，并且结合工艺，在其升温后添加链转移剂、不饱和十八烷基甜菜碱、聚乙二醇丙烯酸酯、丙烯酸钠、氨基芳基磺化剂、高分子聚合物、防冻剂和引发剂，能够提高制成的减水剂更容易与水泥混合均匀，最后结合由草酸、缩水甘油和稀碱液混合净水制成的酸性溶液，能够在使用中通过酸性溶液中和水泥的酸碱度，进而提高减水效果，得到能够克服常用普通减水剂保坍性差，因应性差造成凝结时间长等缺点，具有高保坍、减水率高和凝结时间短的优点。
当然，以上只是本发明的典型实例，除此之外，本发明还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。