一种自润滑型球状聚羧酸系高性能减水剂的制备工艺的制作方法

本发明涉及减水剂领域，更具体地说，涉及一种自润滑型球状聚羧酸系高性能减水剂的制备工艺。

背景技术：

减水剂是一种在维持混凝土坍落度基本不变的条件下，能减少拌合用水量的混凝土外加剂。大多属于阴离子表面活性剂，有木质素磺酸盐、萘磺酸盐甲醛聚合物等。加入混凝土拌合物后对水泥颗粒有分散作用，能改善其工作性，减少单位用水量，改善混凝土拌合物的流动性；或减少单位水泥用量，节约水泥。在很多混凝土工程中，萘系等传统高效混凝土由于技术性能的局限性，越来越不能满足工程需要。

聚羧酸系高性能减水剂，由于真正做到了依据分散水泥作用机理设计有效的分子结构，具有超分散型，能防止混凝土坍落度损失而不引起明显缓凝，低掺量下发挥较高的塑化效果，流动性保持性好、水泥适应广分子构造上自由度大、合成技术多、高性能化的余地很大，对混凝土增强效果显著，能降低混凝土收缩，有害物质含量极低等技术性能特点，赋予了混凝土出色的施工和易性、良好的强度发展、优良的耐久性、聚羧酸系高性能减水剂具有良好的综合技术性能优势及环保特点，符合现代化混凝土工程的需要。

但是现有的聚羧酸系高性能减水剂由于起的分子结构的特性，使其在使用过程中具有较高的粘度，在高掺合材、低水胶比的混凝土配制中，提高了混凝土的粘度，不利于混凝土的泵送和施工，提高了施工难度，增加了施工成本。

技术实现要素：

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种自润滑型球状聚羧酸系高性能减水剂的制备工艺，可以通过使聚丙烯酰胺胶和纳米级的氧化钙颗粒形成的改性夹心球对聚羧酸系聚合物进行包裹，并与聚羧酸系聚合物形成球状结构，提高聚羧酸系聚合物在使用时的润滑程度，减少颗粒之间的摩擦力，一定程度上降低了混凝土的粘度，便于混凝土的施工，降低了施工难度，降低施工成本，并且在使用过程中由于聚丙烯酰胺产生水解，使氧化钙能够有效与水反应，产生热量，改善减水剂在使用过程中的温度影响，提高减水剂的环境适用性，提高其的保坍性。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种自润滑型球状聚羧酸系高性能减水剂的制备工艺，包括如下步骤：

s1.共聚制胶：通过以丙烯酰胺水溶液为原料，在引发剂的作用下，进行聚合反应，制得聚丙烯酰胺胶；

s2.包裹夹心：在聚丙烯酰胺胶内加入纳米级的氧化钙颗粒，使聚丙烯酰胺胶对纳米级的氧化钙颗粒进行包裹；

s3.制备改性夹心球：对包裹纳米级的氧化钙颗粒的聚丙烯酰胺胶进行造粒和干燥，制得改性夹心球备用；

s4.酯化反应：通过使用聚乙二醇和甲基丙烯酸产生反应，制得大分子单体聚乙二醇单甲基丙烯酸酯和水；

s5.聚合反应：通过硫酸铵引发、水溶液聚合法处理制得大分子单体聚乙二醇单甲基丙烯酸酯和水，获得聚合产物；

s6.中和反应：在聚合产物内加入碱片，经反应后制得由聚羧酸系聚合物组成的聚羧酸系高性能减水剂，该聚羧酸系高性能减水剂主链呈长条状，并携带有条状支链；

s7.改性夹心球合成：使改性夹心球与聚羧酸系聚合物在反应釜内进行合成反应，改性夹心球外层的聚丙烯酰胺胶对聚羧酸系高性能减水剂的主链和支链进行包裹，并在其外侧形成润滑层，使聚羧酸系高性能减水剂的主链和支链与纳米级的氧化钙颗粒一同被包裹在润滑层内；

s8.制备完成：将反应釜内制得的聚合物进行造粒干燥，制得自润滑型球状聚羧酸系高性能减水剂。通过使聚丙烯酰胺胶和纳米级的氧化钙颗粒形成的改性夹心球对聚羧酸系聚合物进行包裹，并与聚羧酸系聚合物形成球状结构，提高聚羧酸系聚合物在使用时的润滑程度，减少颗粒之间的摩擦力，一定程度上降低了混凝土的粘度，便于混凝土的施工，降低了施工难度，降低施工成本，并且在使用过程中由于聚丙烯酰胺产生水解，使氧化钙能够有效与水反应，产生热量，改善减水剂在使用过程中的温度影响，提高减水剂的环境适用性，提高其的保坍性。

进一步的，所述步骤s7的合成方法为：

m1.对反应釜进行升温，升温至180-200℃进行保温；

m2.预先将改性夹心球投入反应釜内，并缓慢搅拌，搅拌15-25min；

m3.搅拌完成后，再向反应釜内加入由聚羧酸系聚合物组成的聚羧酸系高性能减水剂；

m4.对反应釜进行升温，将温度上升至200-240℃，并进行保温；

m5.持续搅拌20-30min后，合成完成。通过预先加入改性夹心球使其能够提前软化，有效对后加入的聚羧酸系聚合物进行包裹，使其形成球状，有效提高改性夹心球对聚羧酸系聚合物的包裹程度，提高聚羧酸系聚合物的成球效率，提高自润滑型球状聚羧酸系高性能减水剂的润滑性。

进一步的，所述反应釜包括有机体，所述机体内连接有搅拌组件，所述机体上内壁固定连接有挡板，所述挡板下端连接有一对与搅拌组件相匹配的辅助增能组件，且两个辅助增能组件分别位于搅拌组件左右两侧，所述挡板上端连接有一对与辅助增能组件相匹配的复位组件，所述挡板下端连接有与辅助增能组件向匹配的自转组件；

所述辅助增能组件包括有辅助转杆，所述挡板上开设有一对弧形通孔，所述弧形通孔内滑动连接有辅助转杆，所述自转组件包括有环形板，所述挡板下端固定连接有环形板，所述环形板内端固定连接有多个呈圆周分布的内轮齿，所述辅助转杆外端固定连接有与内轮齿啮合连接的自转齿轮。通过搅拌组件带动辅助增能组件产生移动，使自转齿轮在内轮齿的作用下产生转动，辅助搅拌组件对机体内部的混合物进行搅拌，提高混合物之间的运动势能，提高加工效率，提高经济效益。

进一步的，所述搅拌组件包括有减速电机，所述机体上端固定安装有减速电机，所述减速电机输出端固定连接有搅拌杆，所述搅拌杆下端延伸至机体内，所述搅拌杆下端延伸至挡板的下侧，并与挡板转动连接，所述搅拌杆下端固定连接有多个主叶片。减速电机作为主动力，带动搅拌杆和主叶片产生转动，对机体内的混合物进行搅拌，使其能够充分反应合成，提高其分子间的运动速度。

进一步的，所述搅拌杆外端固定连接有拨动板，所述拨动板左右两端均设置有与辅助转杆相匹配的拨动斜面。通过拨动板与辅助转杆相配合，在搅拌杆带动拨动板产生转动的同时，拨动板与辅助转杆接触，并推动辅助转杆在弧形通孔内移动，为辅助转杆提供自传动力，合理利用减速电机产生的动能，提高动能利用率，减少能量的浪费。

进一步的，所述辅助转杆下端延伸至环形板下侧，所述辅助转杆下端固定连接有多个辅助套块，所述辅助套块外端固定连接有多个增能叶片。增能叶片增加辅助转杆与机体内混合物的接触面积，进而有效辅助搅拌组件对混合物进行搅拌，提高混合物的运动速度，促进其之间的混合反应，提高合成效率，提高改性夹心球对聚羧酸系聚合物包裹的均匀度。

进一步的，所述自转齿轮下端固定连接有防护块，所述环形板下端固定连接有环形挡板，所述防滑块的下端面与环形挡板的上端面相接触。环形挡板通过防护块对辅助增能组件的整体结构进行支撑，有效提高辅助增能组件的稳定性，降低重力磨损，提高辅助增能组件的使用寿命。

进一步的，所述复位组件包括有弧形盒体，所述挡板上端固定连接有弧形盒体，所述弧形盒体内固定连接有弧形导杆，所述弧形导杆外端滑动连接有复位滑块，所述弧形盒体外端套装有一对复位弹簧，两个所述复位弹簧分别位于复位滑块前后两侧。复位滑块沿着弧形导杆产生移动，并受复位弹簧的形变力恢复位置，能够有效带动辅助增能组件在机体内产生移动，使辅助增能组件有效辅助搅拌组件进行作用，增加辅助增能组件的作用力。

进一步的，所述复位滑块下端固定连接有t型杆，所述辅助转杆上端开设有t型槽，所述t型杆下端延伸至t型槽内，并与辅助转杆转动连接。通过t型杆和t型槽相互配合，使t型杆在带动辅助转杆产生移动的作用下，并不会影响辅助转杆的转动，有效实现辅助转杆移动和转动的同时发生，提高增能叶片作用与混合物的力，提高混合物的运动强度。

进一步的，所述机体上端固定连接有一对与其相接通的进料管，所述机体左右两端均固定安装有进料控制箱，所述进料管上端与进料控制箱相接通，所述进料管下端延伸至挡板下侧，所述进料管外端安装有控制阀门。通过进料控制箱控制对改性夹心球和聚羧酸系聚合物进行分步投放，便于反应釜的使用，提高反应釜工作的自动化程度，减少人力的输入。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

(1)本方案通过使聚丙烯酰胺胶和纳米级的氧化钙颗粒形成的改性夹心球对聚羧酸系聚合物进行包裹，并与聚羧酸系聚合物形成球状结构，提高聚羧酸系聚合物在使用时的润滑程度，减少颗粒之间的摩擦力，一定程度上降低了混凝土的粘度，便于混凝土的施工，降低了施工难度，降低施工成本，并且在使用过程中由于聚丙烯酰胺产生水解，使氧化钙能够有效与水反应，产生热量，改善减水剂在使用过程中的温度影响，提高减水剂的环境适用性，提高其的保坍性。

(2)通过预先加入改性夹心球使其能够提前软化，有效对后加入的聚羧酸系聚合物进行包裹，使其形成球状，有效提高改性夹心球对聚羧酸系聚合物的包裹程度，提高聚羧酸系聚合物的成球效率，提高自润滑型球状聚羧酸系高性能减水剂的润滑性。

(3)通过搅拌组件带动辅助增能组件产生移动，使自转齿轮在内轮齿的作用下产生转动，辅助搅拌组件对机体内部的混合物进行搅拌，提高混合物之间的运动势能，提高加工效率，提高经济效益。

(4)减速电机作为主动力，带动搅拌杆和主叶片产生转动，对机体内的混合物进行搅拌，使其能够充分反应合成，提高其分子间的运动速度。

(5)通过拨动板与辅助转杆相配合，在搅拌杆带动拨动板产生转动的同时，拨动板与辅助转杆接触，并推动辅助转杆在弧形通孔内移动，为辅助转杆提供自传动力，合理利用减速电机产生的动能，提高动能利用率，减少能量的浪费。

(6)增能叶片增加辅助转杆与机体内混合物的接触面积，进而有效辅助搅拌组件对混合物进行搅拌，提高混合物的运动速度，促进其之间的混合反应，提高合成效率，提高改性夹心球对聚羧酸系聚合物包裹的均匀度。

(7)环形挡板通过防护块对辅助增能组件的整体结构进行支撑，有效提高辅助增能组件的稳定性，降低重力磨损，提高辅助增能组件的使用寿命。

(8)复位滑块沿着弧形导杆产生移动，并受复位弹簧的形变力恢复位置，能够有效带动辅助增能组件在机体内产生移动，使辅助增能组件有效辅助搅拌组件进行作用，增加辅助增能组件的作用力。

(9)通过t型杆和t型槽相互配合，使t型杆在带动辅助转杆产生移动的作用下，并不会影响辅助转杆的转动，有效实现辅助转杆移动和转动的同时发生，提高增能叶片作用与混合物的力，提高混合物的运动强度。

(10)通过进料控制箱控制对改性夹心球和聚羧酸系聚合物进行分步投放，便于反应釜的使用，提高反应釜工作的自动化程度，减少人力的输入。

附图说明

图1为本发明的工艺流程结构示意图；

图2为本发明的反应釜主视剖面结构示意图；

图3为本发明的合成方法结构示意图；

图4为本发明的搅拌组件轴测结构示意图；

图5为本发明的自转组件轴测结构示意图；

图6为本发明的拨动板仰视结构示意图；

图7为本发明的复位组件和辅助增能组件剖视爆炸结构示意图；

图8为本发明的挡板仰视轴测结构示意图；

图9为本发明的复位组件仰视轴测结构示意图；

图10为本发明的工艺设备框架结构示意图；

图11为本发明的自润滑型球状聚羧酸系高性能减水剂内部结构示意图；

图12为本发明的改性夹心球内部结构示意图；

图13为本发明的现有的工艺聚羧酸系高性能减水剂结构示意图。

图中标号说明：

1机体、2挡板、201弧形通孔、3搅拌组件、301减速电机、302搅拌杆、303主叶片、304拨动板、4辅助增能组件、401辅助转杆、402辅助套块、403增能叶片、404自转齿轮、405t型槽、5复位组件、501弧形盒体、502弧形导杆、503复位滑块、504复位弹簧、505t型杆、6自转组件、601环形板、602内轮齿、603环形挡板、7进料控制箱。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1-13，一种自润滑型球状聚羧酸系高性能减水剂的制备工艺，包括如下步骤：

s1.共聚制胶：通过以丙烯酰胺水溶液为原料，在引发剂的作用下，进行聚合反应，制得聚丙烯酰胺胶；

s2.包裹夹心：在聚丙烯酰胺胶内加入纳米级的氧化钙颗粒，使聚丙烯酰胺胶对纳米级的氧化钙颗粒进行包裹(请参阅图12)；

s3.制备改性夹心球：对包裹纳米级的氧化钙颗粒的聚丙烯酰胺胶进行造粒和干燥，制得改性夹心球备用(请参阅图12)；

s4.酯化反应：通过使用聚乙二醇和甲基丙烯酸产生反应，制得大分子单体聚乙二醇单甲基丙烯酸酯和水；

s5.聚合反应：通过硫酸铵引发、水溶液聚合法处理制得大分子单体聚乙二醇单甲基丙烯酸酯和水，获得聚合产物；

s6.中和反应：在聚合产物内加入碱片，经反应后制得由聚羧酸系聚合物组成的聚羧酸系高性能减水剂，该聚羧酸系高性能减水剂主链呈长条状，并携带有条状支链(请参阅图13)；

s7.改性夹心球合成：使改性夹心球与聚羧酸系聚合物在反应釜内进行合成反应，改性夹心球外层的聚丙烯酰胺胶对聚羧酸系高性能减水剂的主链和支链进行包裹，并在其外侧形成润滑层，使聚羧酸系高性能减水剂的主链和支链与纳米级的氧化钙颗粒一同被包裹在润滑层内(请参阅图11)；

s8.制备完成：将反应釜内制得的聚合物进行造粒干燥，制得自润滑型球状聚羧酸系高性能减水剂(请参阅图11)。通过使聚丙烯酰胺胶和纳米级的氧化钙颗粒形成的改性夹心球对聚羧酸系聚合物进行包裹，并与聚羧酸系聚合物形成球状结构，提高聚羧酸系聚合物在使用时的润滑程度，减少颗粒之间的摩擦力，一定程度上降低了混凝土的粘度，便于混凝土的施工，降低了施工难度，降低施工成本，并且在使用过程中由于聚丙烯酰胺产生水解，使氧化钙能够有效与水反应，产生热量，改善减水剂在使用过程中的温度影响，提高减水剂的环境适用性，提高其的保坍性。

实施例2：

请参阅图1-13，其中与实施例1中相同或相应的部件采用与实施例1相应的附图标记，为简便起见，下文仅描述与实施例1的区别点。该实施例2与实施例1的不同之处在于：请参阅图3,步骤s7的合成方法为：

m1.对反应釜进行升温，升温至180-200℃进行保温；

m2.预先将改性夹心球投入反应釜内，并缓慢搅拌，搅拌15-25min；

m3.搅拌完成后，再向反应釜内加入由聚羧酸系聚合物组成的聚羧酸系高性能减水剂；

m4.对反应釜进行升温，将温度上升至200-240℃，并进行保温；

m5.持续搅拌20-30min后，合成完成。通过预先加入改性夹心球使其能够提前软化，有效对后加入的聚羧酸系聚合物进行包裹，使其形成球状，有效提高改性夹心球对聚羧酸系聚合物的包裹程度，提高聚羧酸系聚合物的成球效率，提高自润滑型球状聚羧酸系高性能减水剂的润滑性。

实施例3：

请参阅图1-13，其中与实施例1中相同或相应的部件采用与实施例1相应的附图标记，为简便起见，下文仅描述与实施例1的区别点。该实施例3与实施例1的不同之处在于：请参阅图2，反应釜包括有机体1，机体1内连接有搅拌组件3，机体1上内壁固定连接有挡板2，挡板2下端连接有一对与搅拌组件3相匹配的辅助增能组件4，且两个辅助增能组件4分别位于搅拌组件3左右两侧，挡板2上端连接有一对与辅助增能组件4相匹配的复位组件5，挡板2下端连接有与辅助增能组件4向匹配的自转组件6；请参阅图5,辅助增能组件4包括有辅助转杆401，挡板2上开设有一对弧形通孔201，弧形通孔201内滑动连接有辅助转杆401，自转组件6包括有环形板601，挡板2下端固定连接有环形板601，环形板601内端固定连接有多个呈圆周分布的内轮齿602，辅助转杆401外端固定连接有与内轮齿602啮合连接的自转齿轮404。通过搅拌组件3带动辅助增能组件4产生移动，使自转齿轮404在内轮齿602的作用下产生转动，辅助搅拌组件3对机体1内部的混合物进行搅拌，提高混合物之间的运动势能，提高加工效率，提高经济效益。

请参阅图4，搅拌组件3包括有减速电机301，减速电机301为现有技术，本领域技术人员可根据实际需要选择合适型号的减速电机301，例如：型号为edsmt-2t110-050a的减速电机301，机体1上端固定安装有减速电机301，减速电机301输出端固定连接有搅拌杆302，搅拌杆302下端延伸至机体1内，搅拌杆302下端延伸至挡板2的下侧，并与挡板2转动连接，搅拌杆302下端固定连接有多个主叶片303。减速电机301作为主动力，带动搅拌杆302和主叶片303产生转动，对机体1内的混合物进行搅拌，使其能够充分反应合成，提高其分子间的运动速度。

请参阅图6，搅拌杆302外端固定连接有拨动板304，拨动板304左右两端均设置有与辅助转杆401相匹配的拨动斜面。通过拨动板304与辅助转杆401相配合，在搅拌杆302带动拨动板304产生转动的同时，拨动板304与辅助转杆401接触，并推动辅助转杆401在弧形通孔201内移动，为辅助转杆401提供自传动力，合理利用减速电机301产生的动能，提高动能利用率，减少能量的浪费。

请参阅图4，辅助转杆401下端延伸至环形板601下侧，辅助转杆401下端固定连接有多个辅助套块402，辅助套块402外端固定连接有多个增能叶片403。增能叶片403增加辅助转杆401与机体1内混合物的接触面积，进而有效辅助搅拌组件3对混合物进行搅拌，提高混合物的运动速度，促进其之间的混合反应，提高合成效率，提高改性夹心球对聚羧酸系聚合物包裹的均匀度。

请参阅图8，自转齿轮404下端固定连接有防护块，环形板601下端固定连接有环形挡板603，防滑块的下端面与环形挡板603的上端面相接触。环形挡板603通过防护块对辅助增能组件4的整体结构进行支撑，有效提高辅助增能组件4的稳定性，降低重力磨损，提高辅助增能组件4的使用寿命。

请参阅图9，复位组件5包括有弧形盒体501，挡板2上端固定连接有弧形盒体501，弧形盒体501内固定连接有弧形导杆502，弧形导杆502外端滑动连接有复位滑块503，弧形盒体501外端套装有一对复位弹簧504，两个复位弹簧504分别位于复位滑块503前后两侧。复位滑块503沿着弧形导杆502产生移动，并受复位弹簧504的形变力恢复位置，能够有效带动辅助增能组件4在机体1内产生移动，使辅助增能组件4有效辅助搅拌组件3进行作用，增加辅助增能组件4的作用力。

请参阅图7，复位滑块503下端固定连接有t型杆505，辅助转杆401上端开设有t型槽405，t型杆505下端延伸至t型槽405内，并与辅助转杆401转动连接。通过t型杆505和t型槽405相互配合，使t型杆505在带动辅助转杆401产生移动的作用下，并不会影响辅助转杆401的转动，有效实现辅助转杆401移动和转动的同时发生，提高增能叶片403作用与混合物的力，提高混合物的运动强度。

请参阅图2，机体1上端固定连接有一对与其相接通的进料管，机体1左右两端均固定安装有进料控制箱7，进料管上端与进料控制箱7相接通，进料管下端延伸至挡板2下侧，进料管外端安装有控制阀门。通过进料控制箱7控制对改性夹心球和聚羧酸系聚合物进行分步投放，便于反应釜的使用，提高反应釜工作的自动化程度，减少人力的输入。

请参阅图1-13,使用方法：通过任一进料控制箱7向机体1内加入改性夹心球，启动减速电机301，使减速电机301带动搅拌杆302和主叶片303转动，主叶片303对改性夹心球进行搅拌，拨动板304一同转动，拨动板304的拨动斜面转动至与辅助转杆401接触，并带动辅助转杆401沿着弧形通孔201移动，辅助转杆401通过t型槽405和t型槽405作用，使复位滑块503在弧形导杆502上滑动，并分别对两个复位弹簧504进行压缩和拉伸，自转齿轮404受内轮齿602作用，带动辅助转杆401在移动的同时产生转动，使辅助转杆401通过辅助套块402带动增能叶片403转动，增能叶片403不断作用与改性夹心球，提高其的运动速度，再通过另一个进料控制箱7向机体1内加入聚羧酸系聚合物，在主叶片303和增能叶片403的作用下，使改性夹心球与聚羧酸系聚合物不断的混合合成，并使改性夹心球对聚羧酸系聚合物进行包裹。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。