一种两性型高性能聚羧酸减水剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种两性型高性能聚羧酸减水剂，该两性型高性能聚羧酸减水剂结构如下所示：其中，n为10～60的自然数；x、y、z为正整数。本发明专利技术还公开了一种两性型高性能聚羧酸减水剂的制备方法，制备阳离子活性有机单体，制备两性型高性能聚羧酸减水剂。本发明专利技术该两性型高性能聚羧酸减水剂合成原料国产化，合成过程安全，反应条件温和，无环境污染，获得的产品在混凝土中具有低掺量、高分散、高保坍、高减水、高早期抗压强度等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种两性型高性能聚羧酸减水剂及其制备方法
本专利技术属于无机非金属材料
，具体涉及一种两性型高性能聚羧酸减水剂，本专利技术还涉及一种两性型高性能聚羧酸减水剂的制备方法。
技术介绍
随着混凝土技术进步的加快，促成了新一代聚羧酸高效减水剂的发展。目前市面上聚羧酸系减水剂依然存在离散性大、预拌混凝土搅拌后1～2h内保坍性差、减水率和早期抗压强度低等缺陷，难于满足超高性能混凝土的需要。因此，开发低成本、低掺量、高分散、高保坍、高减水、高早期抗压强度的能够广泛应用于现代混凝土结构工程的两性型高性能聚羧酸减水剂已开始受到世界各国专家学者的关注和重视。所谓的两性型高性能聚羧酸减水剂，就是一种在其分子链上既带阴离子基团又带阳离子基团的梳状两性高聚物。文献“当今欧洲混凝土外加剂的研究进展”报道了日本Nipponshokubai公司在1991年首先研发一种应用于混凝土中的两性型聚羧酸减水剂，该两性型聚羧酸减水剂表面活性高于阴离子聚羧酸减水剂，尽管具有一定分散性能和保塑性能，但掺量大，减水率低，对混凝土早期抗压强度的提高贡献小。欧洲专利EP1184353A1合成了一种适合作为超高性能混凝土的两性型聚羧酸减水剂，但合成工艺复杂，且掺量大，成本高。美国专利US0043189利用丙烯酰胺和阳离子单体(4-羧基氨基-4-酮基-2-丁烯酸)采用自由基聚合方法合成了两性型分散剂，该专利显示该两性型分散剂是在钛酸钡体系并非混凝土体系具有良好的分散稳定效果。中国专利CN200510037871.1合成了一种与矿物掺合料具有较强的适应性和优异的保坍性、同时能够有效降低水泥早期水化速率和放热量、并不延缓水泥正常凝结时间的两性混凝土超塑化剂，可合成主要原料依赖进口，成本高，同时制备时经历了先酯化后聚合再交联过程，合成工艺复杂，可操作性不强，难于实现工业化。目前，两性型高性能聚羧酸减水剂合成存在主要问题在于合成成本高，一直难于实现工业化。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种两性型高性能聚羧酸减水剂，此两性型高性能聚羧酸减水剂主要合成原料国产化，合成工艺简单，成本低，在高性能混凝土中又具有低掺量、高分散、高保坍、高减水、高早期抗压强度等特点。本专利技术的另一目的是提供一种两性型高性能聚羧酸减水剂的制备方法，该方法以丙烯酸阴离子单体、聚乙二醇单甲醚丙烯酸酯和阳离子活性有机单体为主要原料，采用水溶液聚合法，通过聚合反应制备了两性型高性能聚羧酸减水剂，所制备的两性型高性能聚羧酸减水剂的分子结构上同时带有阴阳离子活性基团。本专利技术所采用的第一技术方案是，一种两性型高性能聚羧酸减水剂，该两性型高性能聚羧酸减水剂结构如下所示：其中，n为10～60的自然数；x、y、z为正整数。进一步地，n为21、28、35和50。本专利技术所采用的第二技术方案是，一种两性型高性能聚羧酸减水剂的制备方法，具体包括以下步骤：步骤(1)、制备阳离子活性有机单体：在四颈圆底烧瓶中，加入水和纯度为99.5％以上丙烯酸二甲氨基乙酯，用稀酸调整丙烯酸二甲氨基乙酯溶液的pH＝7后，再加入阻聚剂，放入搅拌子，然后装上分液漏斗、一氯甲烷导气管和尾气出口管，在25℃～30℃的温度条件下，通过导气管先大后小导入一氯甲烷气体，待溶液澄清时即停止加热和一氯甲烷气体的导入，反应结束后，加大搅拌力度以去除体系中的一氯甲烷气体残留物，搅拌时间延长0.5～1h后可得阳离子活性有机单体粗产物；将所得粗产物经萃取、洗涤、减压分离和真空干燥，即得阳离子活性有机单体；阳离子活性有机单体质量分数在80.0％以上，收率大于98.5％，反应转化率可达99.0％以上。步骤(2)、制备两性型高性能聚羧酸减水剂：在四口圆底烧瓶中，加入质量分数同为30％的丙烯酸阴离子活性单体溶液和聚乙二醇单甲醚丙烯酸酯大分子单体溶液，通氮去氧，启动搅拌子，加热升温，当温度升至65℃～85℃时，匀速滴加质量分数为30％的阳离子活性有机单体溶液和质量分数为4.0％～7.0％的引发剂溶液，恒温下反应1～4h后冷却，用碱溶液调节pH＝7出料，得到两性型高性能聚羧酸减水剂粗产品溶液；将所得粗产品溶液经沉淀、洗涤、过滤和真空干燥后即得两性型高性能聚羧酸减水剂。两性型高性能聚羧酸高效减水剂的纯度为93.5％以上，收率大于92.5％，反应转化率在93.5％以上。进一步地，步骤(1)中的水与丙烯酸二甲氨基乙酯摩尔比为1.5～3.0∶1。进一步地，步骤(1)中的阻聚剂为吩噻嗪阻聚剂、氢醌阻聚剂、2,2,6,6-四甲基-4-羟基哌啶氮氧自由基阻聚剂或对羟基苯甲醚阻聚剂中的一种，阻聚剂用量为丙烯酸二甲氨基乙酯质量的0.25％～1.00％。进一步地，步骤(2)中的丙烯酸阴离子活性单体、聚乙二醇单甲醚丙烯酸酯大分子单体和阳离子活性有机单体摩尔比为4.0～10.0∶1.0～2.5∶0.5～1.5。进一步地，步骤(2)中的引发剂为过二硫酸铵与亚硫酸氢钠复合引发剂，所述引发剂用量为阳离子活性有机单体总质量的4.0％～7.0％；所述过二硫酸铵与亚硫酸氢钠质量比为1∶10。进一步地，步骤(2)中的碱溶液采用氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液的质量分数为30％。与现有技术相比，本专利技术涉及的两性型高性能聚羧酸减水剂具有如下优点和显著进步：本专利技术以丙烯酸阴离子单体、聚乙二醇单甲醚丙烯酸酯和阳离子活性有机单体为主要原料，采用水溶液聚合法，通过聚合反应制备了在其分子结构上既含有阳离子活性有机基团又含有阴离子活性有机基团的两性型高性能聚羧酸减水剂，该两性型高性能聚羧酸减水剂合成原料国产化，合成过程安全，反应条件温和，无环境污染，获得的产品在混凝土中具有低掺量、高分散、高保坍、高减水、高早期抗压强度等特点。具体表现为：在所述步骤(1)中，阳离子活性有机单体的制备过程是在常温下进行的，既节能又环保，同时还能保证了整个制备装置的安全性；在所述步骤(2)中，采用匀速滴加方式滴加阳离子活性有机单体溶液和复合引发剂溶液，滴加速度适中。若滴加速度过慢，操作周期长，难度大，环境差，不利两性型高性能聚羧酸减水剂收率的提高；若滴加速度过快，聚合反应速率过大，同样影响两性型高性能聚羧酸减水剂收率的提高。在所述步骤(2)中，通氮去氧，不仅可避免复合引发剂中亚硫酸氢钠被氧化，还可提高该两性型高性能聚羧酸减水剂的纯度。在所述步骤(2)中，复合引发剂用量得到控制，保证了复合引发剂亚硫酸氢钠的含量，以提高该两性型高性能聚羧酸减水剂的反应转化率。在所述步骤(1)和步骤(2)中，通过合成单体配比优化，可获得纯度高、收率高及反应转化率高的阳离子活性有机单体和两性型高性能聚羧酸高效减水剂。在水胶比仅为0.32的混凝土中添加0.20％(以占水泥质量分数计)本专利技术两性型高性能聚羧酸高效减水剂后，新拌混凝土初始坍落度和90min后坍落度分别在230mm和220mm以上，90min后坍损率小于4.0％，混凝土减水率在45.0％以上，3d和28d龄期抗压强度比分别可达200％和150％以上〔混凝土配合比为：m(胶凝材料)∶m(砂)∶m(石)∶m(水)＝490∶745∶1165∶155，混凝土坍落度及减水率试验参照GB/T50080－2002测试，3d及28d龄期抗压强度比按照GB/T50081－2002测试〕。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术进行详本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种两性型高性能聚羧酸减水剂，其特征在于，该两性型高性能聚羧酸减水剂结构如下所示：其中，n为10～60的自然数；x、y、z为正整数。

【技术特征摘要】
1.一种两性型高性能聚羧酸减水剂，其特征在于，该两性型高性能聚羧酸减水剂结构如下所示：其中，n为10～60的自然数；x、y、z为正整数；制备方法具体包括以下步骤：步骤(1)、制备阳离子活性有机单体：在四颈圆底烧瓶中，加入水和纯度为99.5％以上丙烯酸二甲氨基乙酯，用稀酸调整丙烯酸二甲氨基乙酯溶液的pH＝7后，再加入阻聚剂，放入搅拌子，然后装上分液漏斗、一氯甲烷导气管和尾气出口管，在25℃～30℃的温度条件下，通过导气管先大后小导入一氯甲烷气体，待溶液澄清时即停止加热和一氯甲烷气体的导入，反应结束后，加大搅拌力度以去除体系中的一氯甲烷气体残留物，搅拌时间延长0.5～1h后可得阳离子活性有机单体粗产物；将所得粗产物经萃取、洗涤、减压分离和真空干燥，即得阳离子活性有机单体；步骤(2)、制备两性型高性能聚羧酸减水剂：在四口圆底烧瓶中，加入质量分数同为30％的丙烯酸阴离子活性单体溶液和聚乙二醇单甲醚丙烯酸酯大分子单体溶液，通氮去氧，启动搅拌子，加热升温，当温度升至65℃～85℃时，匀速滴加质量分数为30％的阳离子活性有机单体溶液和质量分数为4.0％～7.0％的引发剂溶液，恒温下反应1～4h后冷却，用碱溶液调节pH＝7出料，得到两性型高性能聚羧酸减水剂粗产品溶液；将所得粗产品溶液经沉淀、洗涤、过...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宝璠，卓玲，
申请(专利权)人：黎明职业大学，
类型：发明
国别省市：福建;35