專利名稱：丙烯酸系多元共聚物類高效減水劑及其合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于混凝土外加劑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種減水劑及其合成方法。
背景技術(shù)：
以減水劑為主體的外加劑為混凝土必不可少的組分之一，而目前我國的混凝土減水劑以萘系和蜜胺系產(chǎn)品為主流，這類產(chǎn)品存在減水率不高、坍落度損失大、污染環(huán)境、改性困難等問題。而聚羧酸系高效減水劑可發(fā)揮低摻量高分散性、保坍性好(90min內(nèi)基本無坍落度損失)，并且易改性，故其高性能化潛力大，被認(rèn)為是高效減水劑的換代產(chǎn)品。
國外聚羧酸系高效減水劑在混凝土工程中已得到廣泛應(yīng)用，產(chǎn)品類型主要以馬來酸酐系為主。以日本為例，產(chǎn)品合成方法主要為第一步，在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，甲醇與環(huán)氧乙烷在140℃、0.05～0.5MPa下反應(yīng)，再向反應(yīng)容器內(nèi)加入NaOH，在110℃、20mmHg壓力脫水。隨后，向混合物中加入一定量的烯丙基氯，當(dāng)混合物堿度降低至一個穩(wěn)定值時，用HCl中和混合物，分離得到烯丙基醚。第二步以甲苯作為溶劑，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在帶有冷凝的反應(yīng)容器中，以第一步反應(yīng)所生成的烯丙基醚與馬來酸酐進(jìn)行聚合反應(yīng)，聚合溫度為80℃，攪拌時間為4小時，蒸除甲苯溶劑，得到馬來酸酐系高性能混凝土減水劑。
國內(nèi)近幾年也有聚羧酸系高效減水劑的相關(guān)報道。其使用原料一般由不飽和羧酸類(丙烯酸、甲基丙烯酸、馬來酸酐)、聚氧鏈烯烴(聚氧乙烯、聚乙二醇等)、不飽和羧酸酯類、含有磺酸基團(tuán)的不飽和單體等；其合成步驟一般都分為兩步進(jìn)行。如CN1316398A中報道的聚羧酸系引氣高效混凝土減水劑在對甲苯磺酸作催化劑，對苯二酚作阻聚劑條件下，使甲基丙烯酸甲酯與甲基聚氧乙烯醚發(fā)生酯交換反應(yīng)，生成酯類大單體，再以丁酮為溶劑，在過氧化二苯甲酰引發(fā)條件下與甲基丙烯酸發(fā)生聚合反應(yīng)，待反應(yīng)基本完成后除去溶劑得到引氣型高效減水劑。該方法制得的減水劑僅溶于堿液而難溶于水，給使用帶來很大不便；此外該合成工藝中選用丁酮作溶劑，需要經(jīng)過減壓蒸餾才得產(chǎn)品，使工藝復(fù)雜化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種丙烯酸系多元共聚物類高效減水劑及其合成方法，該產(chǎn)品合成工藝簡單、反應(yīng)條件易控制、性能穩(wěn)定、減水率高、環(huán)保。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種丙烯酸系多元共聚物類高效減水劑，其特征在于它主要由丙烯酸或其衍生物、聚氧鏈烯烴、磺酸系衍生物、去離子水溶劑、NaOH溶液、催化劑、阻聚劑、異丙醇鏈轉(zhuǎn)移劑及引發(fā)劑原料制備而成，各原料所占質(zhì)量份數(shù)為丙烯酸或其衍生物100份，聚氧鏈烯烴150～450份，磺酸系衍生物10～80份，去離子水溶劑450～800份，催化劑0.5～6份，阻聚劑0.1～5份，異丙醇鏈轉(zhuǎn)移劑5～30份，引發(fā)劑0.5～5份，NaOH溶液的加入量為使產(chǎn)品的PH值達(dá)到6～8。
所述的丙烯酸衍生物為甲基丙烯酸。
所述的聚氧鏈烯烴為聚乙二醇單甲醚、聚乙二醇或聚氧乙烯。
所述的磺酸系衍生物為烯丙基磺酸鈉、甲基丙烯磺酸鈉、2-甲基丙烯酰胺-2-丙烯磺酸或苯乙烯磺酸鈉。
所述的催化劑為對甲苯磺酸、磷酸或濃硫酸。
所述的阻聚劑為對苯二酚或氫醌。
所述的引發(fā)劑為過硫酸銨或過硫酸鈉。
上述丙烯酸系多元共聚物類高效減水劑的合成方法，其特征在于它包括如下步驟1).原料的選取按各原料所占質(zhì)量份數(shù)為丙烯酸或其衍生物100份，聚氧鏈烯烴150～450份，磺酸系衍生物10～80份，去離子水溶劑450～800份，催化劑0.5～6份，阻聚劑0.1～5份，異丙醇鏈轉(zhuǎn)移劑5～30份，引發(fā)劑0.5～5份，NaOH溶液的加入量為使產(chǎn)品的PH值達(dá)到6～8；選取丙烯酸或其衍生物、聚氧鏈烯烴、磺酸系衍生物、去離子水溶劑、NaOH溶液、催化劑、阻聚劑、異丙醇鏈轉(zhuǎn)移劑及引發(fā)劑原料，備用；2).酯化接枝將10～60份丙烯酸或其衍生物與聚氧鏈烯烴在催化劑及阻聚劑條件下，于70～150℃的條件下進(jìn)行酯化反應(yīng)2～6小時，得到一種酯化產(chǎn)物；3).聚合反應(yīng)將上述所得酯化產(chǎn)物、余下的丙烯酸或其衍生物、磺酸系衍生物、異丙醇鏈轉(zhuǎn)移劑(或稱為分子量調(diào)節(jié)劑)、引發(fā)劑(質(zhì)量濃度為2％～30％)在去離子水溶劑中于35～95℃條件下進(jìn)行自由基聚合，聚合時間為2～6小時，得聚合反應(yīng)物；4).將聚合反應(yīng)物冷卻至室溫，用質(zhì)量濃度為10-40％NaOH溶液調(diào)節(jié)其PH值到6～8，得到粘稠透明液體，即得產(chǎn)品。
本發(fā)明的減水劑(固含量為18～25％)無需經(jīng)過分離提純，直接得到產(chǎn)品，合成工藝簡單。反應(yīng)溫度恒定，副反應(yīng)少，反應(yīng)條件易控制。所得產(chǎn)品水溶性良好，易溶于堿；與萘系減水劑(FDN-1)及空白樣做水泥凈漿的流動性及坍落度損失進(jìn)行對比，其凈漿流動度及保塑性較其它產(chǎn)品有明顯的提高，性能穩(wěn)定。當(dāng)其摻量為水泥重量的0.20％時，其拌合物坍落度可達(dá)19cm，以FDN-1作參比其減水率可高達(dá)30％以上，和易性好無離析泌水現(xiàn)象，混凝土2小時坍落度基本不損失，無大氣泡產(chǎn)生，引氣性好，減水率高。且本發(fā)明合成生產(chǎn)過程中不使用甲醛和其它有害原材料，生產(chǎn)與長期使用過程中對人體健康無危害，對環(huán)境不造成有任何污染。
具體實(shí)施例方式
為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。
實(shí)施例1將分子量為750的聚乙二醇單甲醚37.5g，對甲苯磺酸0.30g，對苯二酚0.20g放入四口燒瓶中，攪拌加熱，在100～120℃溫度下緩慢滴加丙烯酸5ml(丙烯酸的總量為12ml，分成兩份，一份為5ml，一份為7ml)，60分鐘滴完，反應(yīng)2～3小時，生成丙烯酸聚乙二醇單甲醚酯(酯化產(chǎn)物)。向酯化產(chǎn)物中加入4.32g烯丙基磺酸鈉、80ml去離子水、3ml異丙醇進(jìn)行攪拌加熱，向一滴液漏斗中加入7ml丙烯酸，向另一滴液漏斗中加入15ml過硫酸銨溶液(質(zhì)量濃度為2％)，當(dāng)溫度升至55℃時，開始緩慢滴加過硫酸銨及丙烯酸，100分鐘滴完，保持溫度55～85℃進(jìn)行聚合3～4小時，得聚合反應(yīng)物。將聚合反應(yīng)物冷卻至室溫，用質(zhì)量濃度為30％NaOH溶液調(diào)節(jié)其PH值到6～8，得到質(zhì)量濃度為20％的粘稠透明液體，即得產(chǎn)品。
實(shí)施例2將分子量為750的聚乙二醇單甲醚37.5g，催化劑濃硫酸0.30g，對苯二酚0.20g放入四口燒瓶中，攪拌加熱，在100～120℃溫度下緩慢滴加丙烯酸5ml，60分鐘滴完，反應(yīng)2～3小時，生成丙烯酸聚乙二醇單甲醚酯(酯化產(chǎn)物)。向酯化產(chǎn)物中加入4.32g烯丙基磺酸鈉、80ml去離子水、3ml異丙醇進(jìn)行攪拌加熱，向一滴液漏斗中加入7ml丙烯酸，向另一滴液漏斗中加入15ml過硫酸銨溶液(質(zhì)量濃度為2％)，當(dāng)溫度升至55℃時，開始緩慢滴加過硫酸銨及丙烯酸，100分鐘滴完，保持溫度55～85℃進(jìn)行聚合3～4小時，得聚合反應(yīng)物。將聚合反應(yīng)物冷卻至室溫，用30％NaOH溶液調(diào)節(jié)其PH值到6～8，得到質(zhì)量濃度為20％左右的粘稠透明液體，即得產(chǎn)品。
實(shí)施例3將分子量為750的聚乙二醇單甲醚37.5g，對甲苯磺酸0.30g，對苯二酚0.20g放入四口燒瓶中，攪拌加熱，在100～120℃溫度下緩慢滴加丙烯酸5ml，60分鐘滴完，反應(yīng)2～3小時，生成丙烯酸聚乙二醇單甲醚酯(酯化產(chǎn)物)。向酯化產(chǎn)物中加入2.88g烯丙基磺酸鈉、80ml去離子水、3ml異丙醇進(jìn)行攪拌加熱，向一滴液漏斗中加入7ml丙烯酸，向另一滴液漏斗中加入15ml過硫酸銨溶液(質(zhì)量濃度為2％)，當(dāng)溫度升至55℃時，開始緩慢滴加過硫酸銨及丙烯酸，100分鐘滴完，保持溫度55～85℃進(jìn)行聚合3～4小時，得聚合反應(yīng)物。將聚合反應(yīng)物冷卻至室溫，用質(zhì)量濃度為30％NaOH溶液調(diào)節(jié)其PH值到6～8，得到質(zhì)量濃度為20％左右的粘稠透明液體，即得產(chǎn)品。
實(shí)施例4將分子量為650的聚乙二醇單甲醚32.5g，對甲苯磺酸0.30g，對苯二酚0.20g放入四口燒瓶中，攪拌加熱，在100～120℃溫度下緩慢滴加丙烯酸5ml，60分鐘滴完，反應(yīng)2～3小時，生成丙烯酸聚乙二醇單甲醚酯(酯化產(chǎn)物)。向酯化產(chǎn)物中加入4.32g烯丙基磺酸鈉、80ml水、3ml異丙醇進(jìn)行攪拌加熱，向一滴液漏斗中加入7ml丙烯酸，向另一滴液漏斗中加入15ml過硫酸銨溶液(質(zhì)量濃度為2％)，當(dāng)溫度升至55℃時，開始緩慢滴加過硫酸銨及丙烯酸，100分鐘滴完，保持溫度55～85℃進(jìn)行聚合3～4小時，得聚合反應(yīng)物。將聚合反應(yīng)物冷卻至室溫，用質(zhì)量濃度為30％NaOH溶液調(diào)節(jié)其PH值到6～8，得到質(zhì)量濃度為20％左右的粘稠透明液體，即得產(chǎn)品。
實(shí)施例5將分子量為750的聚乙二醇單甲醚37.5g，對甲苯磺酸0.30g，對苯二酚0.20g放入四口燒瓶中，攪拌加熱，在100～120℃溫度下緩慢滴加丙烯酸5ml，60分鐘滴完，反應(yīng)2～3小時，生成丙烯酸聚乙二醇單甲醚酯(酯化產(chǎn)物)。向酯化產(chǎn)物中加入4.32g烯丙基磺酸鈉、80ml水、3ml異丙醇進(jìn)行攪拌加熱，向一滴液漏斗中加入10ml丙烯酸，向另一滴液漏斗中加入15ml過硫酸銨溶液(質(zhì)量濃度為2％)，當(dāng)溫度升至55℃時，開始緩慢滴加過硫酸銨及丙烯酸，約100分鐘滴完，保持溫度55～85℃進(jìn)行聚合3～4小時，得聚合反應(yīng)物。將聚合反應(yīng)物冷卻至室溫，用質(zhì)量濃度為30％NaOH溶液調(diào)節(jié)其PH值到6～8，得到質(zhì)量濃度為20％左右的粘稠透明液體，即得產(chǎn)品。
實(shí)施例6丙烯酸系多元共聚物類高效減水劑的合成方法，它包括如下步驟1).原料的選取按各原料所占質(zhì)量份數(shù)為丙烯酸衍生物100份，聚氧鏈烯烴150份，磺酸系衍生物10份，去離子水溶劑450份，催化劑0.5份，阻聚劑0.1份，異丙醇鏈轉(zhuǎn)移劑5份，引發(fā)劑0.5份，NaOH溶液的加入量為使產(chǎn)品的PH值達(dá)到6；選取丙烯酸衍生物、聚氧鏈烯烴、磺酸系衍生物、去離子水溶劑、NaOH溶液、催化劑、阻聚劑、異丙醇鏈轉(zhuǎn)移劑及引發(fā)劑原料，備用；所述的丙烯酸衍生物為甲基丙烯酸，所述的聚氧鏈烯烴為聚乙二醇，所述的磺酸系衍生物為甲基丙烯磺酸鈉，所述的催化劑為磷酸，所述的阻聚劑為氫醌，所述的引發(fā)劑為過硫酸鈉。
2).酯化接枝將10份丙烯酸衍生物與聚氧鏈烯烴在催化劑及阻聚劑條件下，于70～150℃的條件下進(jìn)行酯化反應(yīng)2～6小時，得到一種酯化產(chǎn)物；3).聚合反應(yīng)將上述所得酯化產(chǎn)物、余下的丙烯酸衍生物(90份)、磺酸系衍生物、異丙醇鏈轉(zhuǎn)移劑、引發(fā)劑(質(zhì)量濃度為2％～30％)在去離子水溶劑中于35～95℃條件下進(jìn)行自由基聚合，聚合時間為2～6小時，得聚合反應(yīng)物。
4).將聚合反應(yīng)物冷卻至室溫，用質(zhì)量濃度為10％NaOH溶液調(diào)節(jié)其PH值到6，得到粘稠透明液體，即得產(chǎn)品。
實(shí)施例7丙烯酸系多元共聚物類高效減水劑的合成方法，它包括如下步驟1).原料的選取按各原料所占質(zhì)量份數(shù)為丙烯酸100份，聚氧鏈烯烴350份，磺酸系衍生物40份，去離子水溶劑600份，催化劑3份，阻聚劑2份，異丙醇鏈轉(zhuǎn)移劑10份，引發(fā)劑3份，NaOH溶液的加入量為使產(chǎn)品的PH值達(dá)到7；選取丙烯酸、聚氧鏈烯烴、磺酸系衍生物、去離子水溶劑、NaOH溶液、催化劑、阻聚劑、異丙醇鏈轉(zhuǎn)移劑及引發(fā)劑原料，備用；所述的聚氧鏈烯烴為聚氧乙烯，所述的磺酸系衍生物為2-甲基丙烯酰胺-2-丙烯磺酸，所述的催化劑為對磷酸，所述的阻聚劑為氫醌，所述的引發(fā)劑為過硫酸鈉。
2).酯化接枝將40份丙烯酸或其衍生物與聚氧鏈烯烴在催化劑及阻聚劑條件下，于70～150℃的條件下進(jìn)行酯化反應(yīng)2～6小時，得到一種酯化產(chǎn)物；3).聚合反應(yīng)將上述所得酯化產(chǎn)物、余下的丙烯酸(60份)、磺酸系衍生物、異丙醇鏈轉(zhuǎn)移劑、引發(fā)劑(質(zhì)量濃度為2％～30％)在去離子水溶劑中于35～95℃條件下進(jìn)行自由基聚合，聚合時間為2～6小時，得聚合反應(yīng)物。
4).將聚合反應(yīng)物冷卻至室溫，用質(zhì)量濃度為30％NaOH溶液調(diào)節(jié)其PH值到7，得到粘稠透明液體，即得產(chǎn)品。
實(shí)施例8丙烯酸系多元共聚物類高效減水劑的合成方法，它包括如下步驟1).原料的選取按各原料所占質(zhì)量份數(shù)為丙烯酸100份，聚氧鏈烯烴450份，磺酸系衍生物80份，去離子水溶劑800份，催化劑6份，阻聚劑5份，異丙醇鏈轉(zhuǎn)移劑30份，引發(fā)劑5份，NaOH溶液的加入量為使產(chǎn)品的PH值達(dá)到8；選取丙烯酸或其衍生物、聚氧鏈烯烴、磺酸系衍生物、去離子水溶劑、NaOH溶液、催化劑、阻聚劑、異丙醇鏈轉(zhuǎn)移劑及引發(fā)劑原料，備用；所述的聚氧鏈烯烴為聚氧乙烯，所述的磺酸系衍生物為苯乙烯磺酸鈉，所述的催化劑為對甲苯磺酸，所述的阻聚劑為對苯二酚，所述的引發(fā)劑為過硫酸銨。
2).酯化接枝將60份丙烯酸或其衍生物與聚氧鏈烯烴在催化劑及阻聚劑條件下，于70～150℃的條件下進(jìn)行酯化反應(yīng)2～6小時，得到一種酯化產(chǎn)物；3).聚合反應(yīng)將上述所得酯化產(chǎn)物、余下的丙烯酸(40份)、磺酸系衍生物、異丙醇鏈轉(zhuǎn)移劑、引發(fā)劑(質(zhì)量濃度為2％～30％)在去離子水溶劑中于35～95℃條件下進(jìn)行自由基聚合，聚合時間為2～6小時，得聚合反應(yīng)物。
4).將聚合反應(yīng)物冷卻至室溫，用質(zhì)量濃度為40％NaOH溶液調(diào)節(jié)其PH值到8，得到粘稠透明液體，即得產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種丙烯酸系多元共聚物類高效減水劑，其特征在于它主要由丙烯酸或其衍生物、聚氧鏈烯烴、磺酸系衍生物、去離子水溶劑、NaOH溶液、催化劑、阻聚劑、異丙醇鏈轉(zhuǎn)移劑及引發(fā)劑原料制備而成，各原料所占質(zhì)量份數(shù)為丙烯酸或其衍生物100份，聚氧鏈烯烴150～450份，磺酸系衍生物10～80份，去離子水溶劑450～800份，催化劑0.5～6份，阻聚劑0.1～5份，異丙醇鏈轉(zhuǎn)移劑5～30份，引發(fā)劑0.5～5份，NaOH溶液的加入量為使產(chǎn)品的PH值達(dá)到6～8。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種丙烯酸系多元共聚物類高效減水劑，其特征在于所述的丙烯酸衍生物為甲基丙烯酸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種丙烯酸系多元共聚物類高效減水劑，其特征在于所述的聚氧鏈烯烴為聚乙二醇單甲醚、聚乙二醇或聚氧乙烯。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種丙烯酸系多元共聚物類高效減水劑，其特征在于所述的磺酸系衍生物為烯丙基磺酸鈉、甲基丙烯磺酸鈉、2-甲基丙烯酰胺-2-丙烯磺酸或苯乙烯磺酸鈉。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種丙烯酸系多元共聚物類高效減水劑，其特征在于所述的催化劑為對甲苯磺酸、磷酸或濃硫酸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種丙烯酸系多元共聚物類高效減水劑，其特征在于所述的阻聚劑為對苯二酚或氫醌。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種丙烯酸系多元共聚物類高效減水劑，其特征在于所述的引發(fā)劑為過硫酸銨或過硫酸鈉。
8.如權(quán)利要求1所述的丙烯酸系多元共聚物類高效減水劑的合成方法，其特征在于它包括如下步驟1).原料的選取按各原料所占質(zhì)量份數(shù)為丙烯酸或其衍生物100份，聚氧鏈烯烴150～450份，磺酸系衍生物10～80份，去離子水溶劑450～800份，催化劑0.5～6份，阻聚劑0.1～5份，異丙醇鏈轉(zhuǎn)移劑5～30份，引發(fā)劑0.5～5份，NaOH溶液的加入量為使產(chǎn)品的PH值達(dá)到6～8；選取丙烯酸或其衍生物、聚氧鏈烯烴、磺酸系衍生物、去離子水溶劑、NaOH溶液、催化劑、阻聚劑、異丙醇鏈轉(zhuǎn)移劑及引發(fā)劑原料，備用；2).酯化接枝將10～60份丙烯酸或其衍生物與聚氧鏈烯烴在催化劑及阻聚劑條件下，于70～150℃的條件下進(jìn)行酯化反應(yīng)2～6小時，得到一種酯化產(chǎn)物；3).聚合反應(yīng)將上述所得酯化產(chǎn)物、余下的丙烯酸或其衍生物、磺酸系衍生物、異丙醇鏈轉(zhuǎn)移劑、引發(fā)劑在去離子水溶劑中于35～95℃條件下進(jìn)行自由基聚合，聚合時間為2～6小時，得聚合反應(yīng)物；4).將聚合反應(yīng)物冷卻至室溫，用質(zhì)量濃度為10-40％NaOH溶液調(diào)節(jié)其PH值到6～8，得到粘稠透明液體，即得產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種減水劑及其合成方法。一種丙烯酸系多元共聚物類高效減水劑，其特征在于它主要由丙烯酸或其衍生物、聚氧鏈烯烴、磺酸系衍生物、去離子水溶劑、NaOH溶液、催化劑、阻聚劑、異丙醇鏈轉(zhuǎn)移劑及引發(fā)劑原料制備而成，各原料所占質(zhì)量份數(shù)為丙烯酸或其衍生物100份，聚氧鏈烯烴150～450份，磺酸系衍生物10～80份，去離子水溶劑450～800份，催化劑0.5～6份，阻聚劑0.1～5份，異丙醇鏈轉(zhuǎn)移劑5～30份，引發(fā)劑0.5～5份，NaOH溶液的加入量為使產(chǎn)品的pH值達(dá)到6～8。本發(fā)明的產(chǎn)品合成工藝簡單、反應(yīng)條件易控制、性能穩(wěn)定、減水率高、環(huán)保。
文檔編號C04B103/30GK1800076SQ200610018179
公開日2006年7月12日 申請日期2006年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月17日
發(fā)明者雷家珩, 郭惠玲, 郭麗萍, 童輝, 顧華君, 李瓊 申請人:武漢理工大學(xué)