一种引气型聚羧酸减水剂及其制备方法与流程

本发明涉及一种聚羧酸减水剂，特别是一种引气型聚羧酸减水剂。本发明还涉及所述聚羧酸减水剂的制备方法，具体是一种引气型聚羧酸减水剂的制备方法。
背景技术：
：目前市场上常用的聚羧酸减水剂主要有醚类聚羧酸减水剂和酯类聚羧酸减水剂。醚类聚羧酸减水剂是由不饱和聚氧乙烯醚与丙烯酸、马来酸酐等不饱和单体在引发剂作用下一步法制得，无需合成中间单体，生产工艺简单，梳型大分子结构容易控制，性能稳定。酯类聚羧酸减水剂的大单体为单甲氧基聚氧乙烯醚(mpeg)，不含双键，该类减水剂可采用先酯化后聚合或者先聚合后酯化的合成工艺。醚类聚羧酸减水剂在应用过程中，有以下缺点：(1)对原材料的适应性差，不同厂家生产的水泥、砂的含泥量、细度以及不同供应商的煤灰对减水剂的减水和保坍有较大的影响；(2)掺量在一定范围内很敏感，小幅降低掺量，混凝土坍落度和扩展度降低明显，小幅增加掺量，混凝土坍落度和扩展度急剧增加，甚至出现离析、泌水等现象；(3)在小坍落度、干硬性混凝土中，混凝土出现发粘、变硬等现象，严重影响混凝土的和易性和施工性能。相对于醚类聚羧酸减水剂，酯类减水剂对含泥量、含粉量高的粗、细骨料的适应性良好，掺量敏感性低，对胶材的适应性好，混凝土和易性好等优点，在东南亚和欧洲国家得到了广泛的应用。发明人检索到以下相关专利文献：cn1800076a公开了一种丙烯酸系多元共聚物类高效减水剂及其合成方法，一种丙烯酸系多元共聚物类高效减水剂，它主要由丙烯酸或其衍生物、聚氧链烯烃、磺酸系衍生物、去离子水溶剂、naoh溶液、催化剂、阻聚剂、异丙醇链转移剂及引发剂原料制备而成，各原料所占质量份数为：丙烯酸或其衍生物100份，聚氧链烯烃150～450份，磺酸系衍生物10～80份，去离子水溶剂450～800份，催化剂0.5～6份，阻聚剂0.1～5份，异丙醇链转移剂5～30份，引发剂0.5～5份，naoh溶液的加入量为使产品的ph值达到6～8。cn102153711a公开了一种缓凝型聚羧酸减水剂的制备方法。其内容是将烯丙基磺酸盐类单体、丙烯酸类单体、甲基丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯大单体和马来酸酐接枝β–环糊精大单体通过自由基共聚反应得到一种缓凝型聚羧酸减水剂。创新之处在于在聚羧酸主链上引入β–环糊精侧链，使所得的聚羧酸盐减水剂具有较好的缓凝性能、微引气性能及更好的流动性能。cn103450408a公开了一种醚类早强型聚羧酸减水剂及其制备方法，该减水剂由不饱和酯、二乙醇单异丙醇胺(diepa)，2-丙烯酰胺基-甲基丙磺酸(amps)和甲基烯丙基聚氧乙烯聚氧丙烯醚(tpeg)等作为主要化学合成原料，在催化剂、引发剂、链转移剂等的作用下，于一定条件经酰胺化和共聚过程，得到一种具有两性结构的高分子聚合物。该减水剂分子结构中存在亲水的羟基、羧基、酰胺基与磺酸基，憎水的碳链和具有一定空间位阻效应的聚氧乙烯聚氧丙烯醚长链结构。其中含n基团能明显提高混凝土早期强度，所以该产品适用于需要提高早期强度的混凝土预制构件中。以上这些技术对于如何使引气型聚羧酸减水剂做到对混凝土材料适应性好，能够改善小坍落度混凝土和易性、引气性能，并未给出具体的指导方案。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题在于，提供一种引气型聚羧酸减水剂，它对混凝土材料适应性好，能够改善小坍落度混凝土和易性、引气性能，且制备工艺简单。为此，本发明还要提供所述的引气型聚羧酸减水剂的制备方法。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种引气型聚羧酸减水剂，其技术方案在于它是由下述组分及质量份数(重量份数)的原料制成的：不饱和酸40～50份，疏水单体5～10份，引发剂2.5～3.5份，异丙醇7.2～16份，去离子水400～510份，聚乙二醇单甲醚220～280份，催化剂1.5～3.0份。所述的不饱和酸为丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸酐中的一种或两种的组合(组合物)；所述疏水单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯、醋酸乙烯酯中的一种；所述的催化剂为磷酸、硼酸、对甲苯磺酸、硫酸亚铁中的一种或两种的组合。所述的引气型聚羧酸减水剂的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述质量配比，在装有温度计、机械搅拌器和冷凝装置的四口瓶(四口瓶烧)中加入30～60份去离子水、异丙醇和疏水单体，搅拌、加热升温至65～70℃，分别同时向四口瓶中滴加不饱和酸(溶液)和引发剂溶液，引发剂溶液为引发剂水溶液，其质量分数为5％～10％，滴加不饱和酸和引发剂溶液的时间皆为30～50分钟，滴加完毕后保温反应1～1.5小时，然后升温至80～85℃，蒸馏除去异丙醇，得到中间产物(反应成品)；②在装有机械搅拌装置的三口瓶(三口瓶烧)中加入聚乙二醇单甲醚，温度升至105～115℃，开启搅拌，待其熔化后，加入催化剂和步骤①得到的中间产物，回流5～6小时，降温至50℃，加入剩余的去离子水稀释，所得产物即为引气型聚羧酸减水剂，其质量百分比浓度大约为40％。上述技术方案中，优选的技术方案可以是，所述的引发剂为过硫酸铵，过硫酸钠，过硫酸钾中的一种。上述的聚乙二醇单甲醚的重均分子量最好为400～800。步骤①中去离子水、异丙醇和疏水单体按质量比为30∶8∶5的比例加入到(投入到)四口瓶中，滴加不饱和酸和引发剂溶液皆采用恒流泵匀速滴加。上述技术方案中，优选的技术方案还可以是，所述的引气型聚羧酸减水剂是由下述组分及质量份数的原料制成的：不饱和酸即丙烯酸40份，疏水单体即丙烯酸甲酯5份，引发剂即过硫酸钾2.5份，异丙醇8.0份，去离子水415份，聚乙二醇单甲醚232份，聚乙二醇单甲醚的重均分子量为500，催化剂即硼酸1.5份。所述的引气型聚羧酸减水剂的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述质量配比，在装有温度计、机械搅拌器和冷凝装置的四口瓶中加入30份去离子水、异丙醇和疏水单体，搅拌、加热升温至65℃，分别同时向四口瓶中滴加不饱和酸和引发剂溶液，引发剂溶液为过硫酸钾水溶液，其质量分数为6％，滴加不饱和酸和引发剂溶液的时间皆为40分钟，滴加完毕后保温反应1小时，然后升温至80℃，蒸馏除去异丙醇，得到中间产物；②在装有机械搅拌装置的三口瓶中加入聚乙二醇单甲醚，温度升至115℃，开启搅拌，待其熔化后，加入催化剂和步骤①得到的中间产物，回流5小时，降温至50℃，加入385份去离子水稀释，所得产物即为引气型聚羧酸减水剂，其质量百分比浓度为40％。上述技术方案中，优选的技术方案还可以是，所述的引气型聚羧酸减水剂是由下述组分及质量份数的原料制成的：不饱和酸42份，疏水单体即甲基丙烯酸甲酯6份，引发剂即过硫酸铵2.5份，异丙醇9.6份，去离子水450份，聚乙二醇单甲醚260份，聚乙二醇单甲醚的重均分子量为600，催化剂即磷酸1.5份；不饱和酸为20份丙烯酸、22份甲基丙烯酸两种原料的组合。所述的引气型聚羧酸减水剂的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述质量配比，在装有温度计、机械搅拌器和冷凝装置的四口瓶中加入36份去离子水、异丙醇和疏水单体，搅拌、加热升温至70℃，分别同时向四口瓶中滴加不饱和酸和引发剂溶液，不饱和酸为丙烯酸、甲基丙烯酸两种原料的混合液，引发剂溶液为过硫酸铵水溶液，其质量分数为8％，滴加不饱和酸和引发剂溶液的时间皆为30分钟，滴加完毕后保温反应1小时，然后升温至85℃，蒸馏除去异丙醇，得到中间产物；②在装有机械搅拌装置的三口瓶中加入聚乙二醇单甲醚，温度升至115℃，开启搅拌，待其熔化后，加入催化剂和步骤①得到的中间产物，回流6小时，降温至50℃，加入去离子水414份稀释，所得产物即为引气型聚羧酸减水剂，其质量百分比浓度为40％。上述技术方案中，优选的技术方案还可以是，所述的引气型聚羧酸减水剂是由下述组分及质量份数的原料制成的：不饱和酸即甲基丙烯酸45份，疏水单体即丙烯酸乙酯7份，引发剂即过硫酸铵3.0份，异丙醇11.2份，去离子水450份，聚乙二醇单甲醚250份，聚乙二醇单甲醚的重均分子量为600，催化剂即对甲苯磺酸2.5份。所述的引气型聚羧酸减水剂的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述质量配比，在装有温度计、机械搅拌器和冷凝装置的四口瓶中加入42份去离子水、异丙醇和疏水单体，搅拌、加热升温至70℃，分别同时向四口瓶中滴加不饱和酸和引发剂溶液，引发剂溶液为过硫酸铵水溶液，其质量分数为9％，滴加不饱和酸和引发剂溶液的时间皆为40分钟，滴加完毕后保温反应1小时，然后升温至85℃，蒸馏除去异丙醇，得到中间产物；②在装有机械搅拌装置的三口瓶中加入聚乙二醇单甲醚，温度升至115℃，开启搅拌，待其熔化后，加入催化剂和步骤①得到的中间产物，回流6小时，降温至50℃，加入剩余的408份去离子水稀释，所得产物即为引气型聚羧酸减水剂，其质量百分比浓度为40％。上述技术方案中，优选的技术方案还可以是，所述的引气型聚羧酸减水剂是由下述组分及质量份数的原料制成的：不饱和酸即甲基丙烯酸48份，疏水单体6份，引发剂即过硫酸铵3.0份，异丙醇9.6份，去离子水411份，聚乙二醇单甲醚220份，聚乙二醇单甲醚的重均分子量为400，催化剂即对甲苯磺酸3.0份；疏水单体为3份甲基丙烯酸甲酯与3份丙烯酸乙酯两种原料的组合。所述的引气型聚羧酸减水剂的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述质量配比，在装有温度计、机械搅拌器和冷凝装置的四口瓶中加入36份去离子水、异丙醇和疏水单体，搅拌、加热升温至70℃，分别同时向四口瓶中滴加不饱和酸和引发剂溶液，引发剂溶液为过硫酸铵水溶液，其质量分数为10％，滴加不饱和酸和引发剂溶液的时间皆为50分钟，滴加完毕后保温反应1小时，然后升温至85℃，蒸馏除去异丙醇，得到中间产物；②在装有机械搅拌装置的三口瓶中加入聚乙二醇单甲醚，温度升至115℃，开启搅拌，待其熔化后，加入催化剂和步骤①得到的中间产物，回流6小时，降温至50℃，加入375份去离子水稀释，所得产物即为引气型聚羧酸减水剂。上述技术方案中，优选的技术方案还可以是实施例5记载的技术方案。本发明的使用方法可采用拌合混凝土时添加。本发明的掺量(加入量)为混凝土中胶凝材料(总质量)的0.1％～0.2％。本发明的引气型聚羧酸减水剂达到了良好的性能效果，其性能指标参见本说明书后面的表2。本发明的引气型聚羧酸减水剂是一种红褐色粘稠的水溶液，其中含有的聚羧酸分子为本发明的主要成分。该聚羧酸结构的分子设计是基于以下理念进行的：(1)分子中引入酯基和短侧链，旨在赋予减水剂对含泥量、含粉量高的骨料的良好适应性，低掺量敏感度，好的混凝土和易性。用较低分子质量的mpeg，通过调整单体的配比，使低分子量的侧链既能起到空间位阻作用，又能避免缠结，增强对水泥粒子的分散作用。(2)分子中引入了疏水基团，旨在降低混凝土体系中水的表面张力，利用混凝土拌合过程中的机械作用将空气裹入体系中，从而形成细而致密的小气泡，增强混凝土硬化后的抗冻性能。(3)采用主链控制工艺，避免主分子链过短导致的功能团较少，吸附和空间位阻作用弱，分散性能较差的缺点；同时也避免了分子链过长带来的官能团分布较多，吸附水泥粒子较多而造成粒子团聚，依然影响分散性能的不良影响。在本体系中采用先合成主联的方式来控制适宜主链长度，以改善产品的分散性能。与已有相关的技术相比，本发明的有益效果是：它对混凝土材料适应性好，改善了小坍落度混凝土和易性、引气性能，且制备工艺简单，比已有相关的聚羧酸减水剂相比，本发明的制造成本降低了25％以上。本发明的引气型聚羧酸减水剂适用于小坍落度、难于引气的混凝土工程，也适用于单方用水量极少的坍落度为零的干硬性混凝土以及大体积水工混凝土工程。具体实施方式为使本发明的发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于发明中的实施例，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。实施例1：本发明所述的引气型聚羧酸减水剂是由下述组分及质量份数的原料制成的：不饱和酸即丙烯酸40份，疏水单体即丙烯酸甲酯5份，引发剂即过硫酸钾2.5份，异丙醇8.0份，去离子水415份，聚乙二醇单甲醚232份(聚乙二醇单甲醚的重均分子量为500)，催化剂即硼酸1.5份。所述的引气型聚羧酸减水剂的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述质量配比，在装有温度计、机械搅拌器和冷凝装置的四口瓶中加入30份去离子水、异丙醇和疏水单体，搅拌、加热升温至65℃，分别同时向四口瓶中滴加不饱和酸和引发剂溶液，引发剂溶液为过硫酸钾水溶液，其质量分数为6％，滴加不饱和酸和引发剂溶液的时间皆为40分钟，滴加完毕后保温反应1小时，然后升温至80℃，蒸馏除去异丙醇，得到中间产物；②在装有机械搅拌装置的三口瓶中加入聚乙二醇单甲醚，温度升至115℃，开启搅拌，待其熔化后，加入催化剂和步骤①得到的中间产物，回流5小时，降温至50℃，加入385份去离子水稀释，所得产物即为引气型聚羧酸减水剂，其质量百分比浓度大约为40％。实施例2：本发明所述的引气型聚羧酸减水剂是由下述组分及质量份数的原料制成的：不饱和酸42份，疏水单体即甲基丙烯酸甲酯6份，引发剂即过硫酸铵2.5份，异丙醇9.6份，去离子水450份，聚乙二醇单甲醚260份(聚乙二醇单甲醚的重均分子量为600)，催化剂即磷酸1.5份；不饱和酸为20份丙烯酸、22份甲基丙烯酸两种原料的组合。所述的引气型聚羧酸减水剂的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述质量配比，在装有温度计、机械搅拌器和冷凝装置的四口瓶中加入36份去离子水、异丙醇和疏水单体，搅拌、加热升温至70℃，分别同时向四口瓶中滴加不饱和酸和引发剂溶液，不饱和酸为丙烯酸、甲基丙烯酸两种原料的混合液，引发剂溶液为过硫酸铵水溶液，其质量分数为8％，滴加不饱和酸和引发剂溶液的时间皆为30分钟，滴加完毕后保温反应1小时，然后升温至85℃，蒸馏除去异丙醇，得到中间产物；②在装有机械搅拌装置的三口瓶中加入聚乙二醇单甲醚，温度升至115℃，开启搅拌，待其熔化后，加入催化剂和步骤①得到的中间产物，回流6小时，降温至50℃，加入去离子水414份稀释，所得产物即为引气型聚羧酸减水剂，其质量百分比浓度大约为40％。实施例3：本发明所述的引气型聚羧酸减水剂是由下述组分及质量份数的原料制成的：不饱和酸即甲基丙烯酸45份，疏水单体即丙烯酸乙酯7份，引发剂即过硫酸铵3.0份，异丙醇11.2份，去离子水450份，聚乙二醇单甲醚250份(聚乙二醇单甲醚的重均分子量为600)，催化剂即对甲苯磺酸2.5份。所述的引气型聚羧酸减水剂的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述质量配比，在装有温度计、机械搅拌器和冷凝装置的四口瓶中加入42份去离子水、异丙醇和疏水单体，搅拌、加热升温至70℃，分别同时向四口瓶中滴加不饱和酸(溶液)和引发剂溶液，引发剂溶液为过硫酸铵水溶液，其质量分数为9％，滴加不饱和酸和引发剂溶液的时间皆为40分钟，滴加完毕后保温反应1小时，然后升温至85℃，蒸馏除去异丙醇，得到中间产物；②在装有机械搅拌装置的三口瓶中加入聚乙二醇单甲醚，温度升至115℃，开启搅拌，待其熔化后，加入催化剂和步骤①得到的中间产物，回流6小时，降温至50℃，加入(剩余的)408份去离子水稀释，所得产物即为引气型聚羧酸减水剂，其质量百分比浓度(大约)为40％。实施例4：本发明所述的引气型聚羧酸减水剂是由下述组分及质量份数的原料制成的：不饱和酸即甲基丙烯酸48份，疏水单体6份，引发剂即过硫酸铵3.0份，异丙醇9.6份，去离子水411份，聚乙二醇单甲醚220份(聚乙二醇单甲醚的重均分子量为400)，催化剂即对甲苯磺酸3.0份；疏水单体为3份甲基丙烯酸甲酯与3份丙烯酸乙酯两种原料的组合。所述的引气型聚羧酸减水剂的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述质量配比，在装有温度计、机械搅拌器和冷凝装置的四口瓶中加入36份去离子水、异丙醇和疏水单体，搅拌、加热升温至70℃，分别同时向四口瓶中滴加不饱和酸和引发剂溶液，引发剂溶液为过硫酸铵水溶液，其质量分数为10％，滴加不饱和酸和引发剂溶液的时间皆为50分钟，滴加完毕后保温反应1小时，然后升温至85℃，蒸馏除去异丙醇，得到中间产物；②在装有机械搅拌装置的三口瓶中加入聚乙二醇单甲醚，温度升至115℃，开启搅拌，待其熔化后，加入催化剂和步骤①得到的中间产物，回流6小时，降温至50℃，加入375份去离子水稀释，所得产物即为引气型聚羧酸减水剂，其质量百分比浓度为40％。实施例5：本发明所述的引气型聚羧酸减水剂是由下述组分及质量份数的原料制成的：不饱和酸即甲基丙烯酸50份，疏水单体即丙烯酸乙酯10份，引发剂即过硫酸钾3.5份，异丙醇16份，去离子水450份，聚乙二醇单甲醚240份，催化剂即对甲苯磺酸3.0份。所述的引气型聚羧酸减水剂的制备方法包括如下工艺步骤：①按上述质量配比，在装有温度计、机械搅拌器和冷凝装置的四口瓶中加入60份去离子水、异丙醇和疏水单体，搅拌、加热升温至70℃，分别同时向四口瓶中滴加不饱和酸和引发剂溶液，引发剂溶液为过硫酸钾水溶液，其质量分数为9％，滴加不饱和酸和引发剂溶液的时间皆为40分钟，滴加完毕后保温反应1小时，然后升温至85℃，蒸馏除去异丙醇，得到中间产物；②在装有机械搅拌装置的三口瓶中加入聚乙二醇单甲醚，温度升至115℃，开启搅拌，待其熔化后，加入催化剂和步骤①得到的中间产物，回流6小时，降温至50℃，加入剩余的390份去离子水稀释，所得产物即为引气型聚羧酸减水剂，其质量百分比浓度为40％。将实施例1～5合成得到的样品(1#～5#)，与市售的高性能聚羧酸减水剂进行对比，采用峨胜42.5水泥，机制砂(细度模数2.6)，方园曲靖煤灰和中小石进行以下的混凝土拌制，并测定混凝土的坍落度和含气量。表1混凝土配合比材料水泥煤灰砂小石中石水坍塌度减水剂1m3/kg174745905508281243-5/mm0.6％表2实验结果本发明的引气型聚羧酸减水剂达到了良好的性能效果，其性能指标参见表2，表2为以上各实施例性能指标，表1为混凝土配合比。本发明的实施例1～5所制备的引气型聚羧酸减水剂对混凝土材料适应性好，改善了小坍落度混凝土和易性，具有良好的引气性能，且制备工艺简单，比已有相关的聚羧酸减水剂相比，本发明的制造成本降低了25％以上。本发明的引气型聚羧酸减水剂适用于小坍落度、难于引气的混凝土工程，也适用于单方用水量极少的坍落度为零的干硬性混凝土以及大体积水工混凝土工程。当前第1页12