一种低温干燥聚羧酸减水剂的方法
【专利摘要】本发明公开了一种低温干燥聚羧酸减水剂的方法，其特征在于，在真空条件下，结合微波和超声波技术对聚羧酸减水剂母液进行低温加热干燥。该方法利用微波干燥技术选择性干燥聚羧酸减水剂母液中的水分；真空条件可降低聚羧酸减水剂母液的干燥温度，使聚羧酸母液在40～60℃即可发生沸腾并快速排出水分，降低微波加热干燥的能耗，保证原聚羧酸减水剂的性能；超声波在干燥过程中，可促进聚羧酸减水剂母液形成大量小气泡，并可加强搅拌，避免微波加热产生的过热现象，保证原聚羧酸减水剂的性能，并缩短干燥时间。本发明涉及的干燥温度低，可较好地维持聚羧酸减水剂性能，且制备工艺简单，能耗低，效率高，适合于不同类型聚羧酸减水剂粉剂的制备。
【专利说明】一种低温干燥聚羧酸减水剂的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及混凝土外加剂领域，具体涉及一种低温干燥聚羧酸减水剂的方法。
【背景技术】
[0002] 聚羧酸减水剂是一种高效的混凝土外加剂，具有掺量低、减水率高、碱含量低、与 不同品种水泥及掺合料相容性好和明显降低混凝土收缩等优点，广泛应用于公路、桥梁、大 坝、隧道、高层建筑等工程。
[0003] 工业生产的聚羧酸减水剂一般以40%的水溶液（母液）供货，在储存和运输过程 中存在成本高和不方便等缺点。另外，有些工程【技术领域】必须使用固体外加剂，如干粉砂 浆、高性能陶瓷制造等，因此固体聚羧酸减水剂的制备具有重要的实际应用意义。
[0004] 聚羧酸减水剂的生产一般采用水溶液聚合方法。根据引发体系的不同聚合温度也 会不同，例如氧化还原引发体系在室温下即可完成聚合反应，热引发体系需要在60?80°C 才能顺利进行聚合反应。聚羧酸减水剂分子量一般在3000?50000之间，其分子一般为梳 形结构，即以聚羧酸为主链以聚醚为侧链的结构，这种结构的分子热稳定性差，长时间处于 较高温度的条件下分子结构容易破坏，从而使性能大幅降低，这是现在粉剂生产面临的最 大难点。
[0005] 目前有关聚羧酸减水剂粉剂制备的报道不多，常见的制备方法主要包括喷雾干燥 法、改性喷雾干燥法、旋转真空干燥法和直接合成固态聚羧酸减水剂等。专利CN1919772A 较早报道了一种粉体聚羧酸减水剂的制备方法，将聚羧酸减水剂溶液通过雾化器形成 雾滴，喷射进入干燥室，进入干燥室的热空气气流与物料流向相同，干燥室进风温度为 120?200°C，出风温度为50?110°C，经干燥、沉降而获得粉体聚羧酸减水剂。专利CN 101962273A将超细无机粉体或溶胶加入到聚羧酸聚合物溶液中，使其均匀混合；得到的聚 羧酸浆体通过雾化器形成雾化液滴并进入干燥室干燥脱水得到粉状聚羧酸超分散剂。专 利CN 102372828A采用含有不饱和基团的单体在有机溶剂中反应，在反应结束后加入碱性 物质中和并经过离心分离处理制备聚羧酸减水剂，再将制得的聚羧酸减水剂使用旋转真空 干燥设备干燥处理得到固体聚羧酸减水剂。上述干燥方法多数是以牺牲性能为代价的，且 存在干燥成本高等缺点；而直接合成固态聚羧酸减水剂也存在制备过程复杂和成本高等缺 点。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种低温干燥聚羧酸减水剂的方法，该方法干燥制粉的温度 低，可较好地维持聚羧酸减水剂性能，且制备工艺简单，能耗低，效率高，适合于不同类型聚 羧酸减水剂粉剂的制备。
[0007] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种低温干燥聚羧酸减水剂的方法， 该方法在真空条件下，结合微波干燥技术和超声波干燥技术，实现低温快速干燥聚羧酸减 水剂母液，得固体聚羧酸减水剂，具体包括以下步骤：
[0008] 1)将聚羧酸减水剂母液置于真空超声微波干燥箱中，母液深度为5?10cm，打开 真空泵调节干燥箱中的真空度达-0. 09?-0. 08MPa ;
[0009] 2)设置超声波频率为20?40kHz，打开微波发生器，微波频率为915MHz或 2450MHz，设置温度为40?60 °C，并调节微波功率范围至100?300kW，干燥0. 8?2. Ih，得 固体聚羧酸减水剂；
[0010] 3)将步骤2)得到的固体聚羧酸减水剂经粉碎得到聚羧酸减水剂粉剂。
[0011] 根据上述方案，所述真空超声微波干燥箱为在真空微波干燥箱中设置超声波发生 器，为全封闭结构，主要包括内腔、微波发生器、超声波发生器、换能器、测温器、真空泵和控 制单元。
[0012] 根据上述方案，所述的超声波发生器的功率为100?200W。
[0013] 优选的，所述步骤2)中，首先打开超声波发生器，设置频率为40kHz，然后打开微 波发生器，微波频率为2450MHz，设置温度为40?60 °C，干燥0. 8?2. lh，在干燥过程中， 根据温度调节微波功率，干燥初期快速加热，要求调高功率，到达设定温度值后适当调小功 率，防止温度超过设定值，功率调节范围为100?300kW，干燥后，使样品固含量达到98%左 右，得固体聚羧酸减水剂。
[0014] 根据上述方案，所述步骤3)中采用锤式万能粉碎机或刀片式切割粉碎设备粉碎 得到聚羧酸减水剂粉剂。
[0015] 本发明的原理为：
[0016] 1)本制粉方法中的主要供热装置为微波管，在微波作用下，极性分子随着磁场快 速变换取向，与周围分子相互碰撞摩擦，分子的总能量增加，温度快速上升。水分子和聚羧 酸都是极性分子，所以二者都会在微波作用下运动，因此聚羧酸母液整体被加热直至沸腾。 由于水分子较小，沸点低，因此先变为气态从体系脱离，直至水分全部脱离即只剩下聚羧 酸，干燥过程即完成。
[0017] 2)直接微波干燥可以达到脱除水分的目的，但操作温度一般为90?KKTC。干燥 时间短时，聚羧酸性能损失不大，但干燥时间长时，会导致聚羧酸减水剂的性能大幅下降， 这对一些合成温度低的聚羧酸减水剂的影响尤为明显。在-0. 〇9MPa?-0. 08MPa的真空条 件下，聚羧酸减水剂母液在40?60°C即可沸腾并快速排出水分。真空条件大幅降低了体系 的温度，不仅可以保证聚羧酸的性能，而且可以大幅降低微波加热部分的能耗，并缩短整个 干燥过程的时间。
[0018] 3)在微波场中，能量在体系内部直接转化，体系内部缺少形成"气泡"的"核心"， 容易出现过热现象，从而影响聚羧酸减水剂的性能。超声波作用于聚羧酸减水剂母液时，其 空化作用使液体被"撕开"形成小空洞，并可使处于沸点的水迅速气化进入形成的空洞中， 形成小气泡并脱离溶液，气化会吸收大量热量，气泡的运动也可以加强搅拌，从而避免过热 现象；同时，超声波在介质中的传播使介质质点在其传播空间内进入强烈振动状态而强化 介质的扩散（超声波机械效应），增加热交换的效率；此外，超声波在介质中传播的过程中， 其声能可以被介质吸收，吸收的能量转化热能（超声波热效应），达到辅助加热的效果。因 此超声波可促进聚羧酸减水剂母液形成大量小气泡，并可加强搅拌，从而避免过热现象，并 进行辅助加热，提高干燥效率。
[0019] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0020] 1)本发明在真空条件下，结合微波和超声波干燥技术，对聚羧酸减水剂母液进行 干燥制粉，将干燥温度降低至40?60°C，可较好地维持和保证聚羧酸减水剂性能。
[0021] 2)本发明涉及的工艺流程简单，可操作性强，且能耗低，效率高，适合于不同类型 聚羧酸减水剂粉剂的制备。
【具体实施方式】
[0022] 为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的 内容不仅仅局限于下面的实施例。
[0023] 以下实施例中，聚羧酸减水剂母液采用热引发体系或氧化还原引发体系在不 同聚合温度下制备的聚羧酸减水剂水溶液，所述热引发体系中，以丙烯酸（主链单体）、 TPEG-2400 (大单体）、巯基乙酸（链转移剂）、过硫酸铵（引发剂）为原料在60°C温度下 聚合而成，其中丙烯酸和TPEG-2400的摩尔比1 :1?8 :1，巯基乙酸的用量为丙烯酸和 TPEG-2400总质量的0. 5%?2%，引发剂过硫酸铵用量为丙烯酸和TPEG总质量的0. 2%? 1% ;氧化还原体系以丙烯酸（主链单体）、TPEG-2400(大单体）、巯基乙酸（链转移剂） 和双氧水（引发剂）、亚硫酸氢钠（引发剂）为原料在室温条件下制备而成，其中丙烯酸和 TPEG-2400的摩尔比1 :1?8 :1，巯基乙酸的用量为丙烯酸和TPEG-2400总质量的0. 5%? 2%，引发剂过硫酸铵用量为丙烯酸和TPEG总质量的0. 2%?1%，双氧水的用量为丙烯酸 和TPEG总质量的1 %?2%，亚硫酸氢钠与双氧水的摩尔比为0. 5?2 :1。上述方法制得 的聚羧酸减水剂母液的固含量为40% (质量）。
[0024] 实施例1
[0025] -种低温干燥聚羧酸减水剂的方法，采用热引发体系在60°C温度下合成的聚羧酸 减水剂水溶液（即聚羧酸减水剂母液）进行干燥制粉，具体包括以下步骤：
[0026] 将500kg固含量为40% (质量）的聚羧酸减水剂母液装置于真空超声微波干燥 箱中，母液深度5cm，首先打开真空泵减压使真空度达到-0. 09MPa，然后打开超声波发生器 (超声波发生器的功率为100W)，设置频率40kHz ;打开微波发生器，设置干燥温度为40°C， 频率为2450MHz ;在干燥过程中，根据箱内温度调节微波功率，干燥初期快速加热，将功率 适当调高，到达设定温度后适当调小功率，防止温度超标，微波平均调节功率为120kW。干 燥过程中隔一定时间取出部分样品测固含量以判断干燥是否完成，样品固含量达到约98% (质量）即可停止，干燥时间为2h。将干燥好的产物冷却后用锤式万能粉碎机粉碎，过筛， 得到粒度为80目的聚羧酸减水剂粉剂，具体的工艺参数见表1。将制得的聚羧酸减水剂粉 剂应用于混凝土，进行净浆流动度测试结果见表2,坍落度/扩展度测试结果见表3。
[0027] 实施例2?3
[0028] 采用热引发体系在60°C温度下合成的聚羧酸减水剂水溶液进行干燥制粉，干燥步 骤同实施例1，具体工艺参数见表1，将制得的聚羧酸减水剂粉剂进行净浆流动度和坍落度 /扩展度性能测试，结果分别见表2和表3。
[0029] 对比实施例1
[0030] 采用热引发体系在60°C温度下合成的聚羧酸减水剂水溶液进行干燥制粉，将 500kg固含量为40%的聚羧酸减水剂母液装置于真空超声微波干燥箱中，母液深度8cm，首 先打开真空泵减压使真空度达到-0. 〇9MPa，打开微波单元，设置干燥温度为60°C;在干燥过 程中，根据箱内温度调节微波功率，干燥初期要求快速加热，将功率适当调高，到达设定温 度后功率要适当调小，防止温度超标，微波平均调节功率为300kW。干燥过程中隔一定时间 取出部分样品测固含量以判断干燥是否完成，样品固含量达到约98%即可停止，干燥时间 为1.7h。将干燥好的物料冷却后用锤式万能粉碎机粉碎，过筛，得到粒度为80目的聚羧酸 粉剂，具体的工艺参数见表1。
[0031] 表1实施例1?3及对比实施例1制备聚羧酸减水剂粉剂的工艺参数 [00321
【权利要求】
1. 一种低温干燥聚羧酸减水剂的方法，其特征在于，在真空条件下，结合微波和超声波 干燥技术对聚羧酸减水剂母液进行干燥，得到固体聚羧酸减水剂，经粉碎得聚羧酸减水剂 粉剂。
2. 根据权利要求1所述的低温干燥聚羧酸减水剂的方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 将聚羧酸减水剂母液置于真空超声微波干燥箱中，母液深度为5?10cm，打开真空 泵调节干燥箱中的真空度至_〇. 09?-0. 08MPa ; 2) 设置超声波频率为20?40kHz，打开微波发生器，微波频率为915MHz或2450MHz，设 置干燥温度为40?60°C，并调节微波功率范围至100?300kW，干燥0. 8?2. lh，得固体聚 羧酸减水剂； 3) 将步骤2)干燥得到的固体聚羧酸减水剂经粉碎得到聚羧酸减水剂粉剂。
3. 根据权利要求2所述的低温干燥聚羧酸减水剂的方法，其特征在于，真空超声微波 干燥箱为在真空微波干燥箱中设置超声波发生器，包括外壳、内腔、微波发生器、超声波发 生器、换能器、测温器、真空泵和控制单元。
4. 根据权利要求3所述的低温干燥聚羧酸减水剂的方法，其特征在于，所述超声波发 生器的功率为100?200W。
【文档编号】F26B7/00GK104501539SQ201410715354
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月1日 优先权日:2014年12月1日
【发明者】郭丽萍, 汪海林, 雷家珩, 杜小弟, 熊鑫 申请人:武汉理工大学