一種常溫寬溫域合成聚羧酸減水劑的制備方法
【專利說明】一種常溫寬溫域合成聚羧酸減水劑的制備方法
[0001] 所屬領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明屬建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種常溫寬溫域合成聚羧酸減水劑的制備 方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 隨著現(xiàn)代混凝土技術(shù)朝著高性能、綠色方向的飛速發(fā)展，混凝土外加劑也快速經(jīng) 歷著產(chǎn)品的更新?lián)Q代。聚羧酸減水劑有著分子設(shè)計性強(qiáng)、減水率高、保坍性能好、固化強(qiáng)度 高等一系列優(yōu)勢而迅速成為市場主流產(chǎn)品。近年來，隨著能源的日漸枯竭以及環(huán)境的日益 惡化，政府迅速的推廣節(jié)能環(huán)保政策及低碳經(jīng)濟(jì)理念，綠色生產(chǎn)聚羧酸減水劑成為科技工 作者關(guān)注的重點(diǎn)。
[0004]目前，聚羧酸減水劑普遍在40-80°C的溫度下進(jìn)行聚合反應(yīng)，反應(yīng)溫度相對較高， 需要大量的持續(xù)外部熱源對反應(yīng)器進(jìn)行長時間的均勻加熱，能耗很大，如果使用煤炭鍋爐 加熱，還會造成環(huán)境的污染。另外，聚羧酸自由基聚合反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)過程中溫度不 易控制，產(chǎn)品性能有一定的波動。國外推行的低溫氧化還原反應(yīng)是利用空氣能加熱和反應(yīng) 物料釜外循環(huán)冷卻相結(jié)合的技術(shù)，使聚合反應(yīng)穩(wěn)定在20°C左右，控制產(chǎn)品的質(zhì)量波動，此技 術(shù)合成工藝復(fù)雜，設(shè)備昂貴，投資大。而如今國內(nèi)普通的常溫聚合聚羧酸減水劑，主要通過 加入還原劑來降低引發(fā)反應(yīng)的活化能，進(jìn)而能在常溫下引發(fā)聚合反應(yīng)，但是由于起始反應(yīng) 溫度的波動及反應(yīng)過程中溫度的上升，造成聚合反應(yīng)的波動，導(dǎo)致殘廢品率高，產(chǎn)品性能不 穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足而提供一種常溫寬 溫域合成聚羧酸減水劑的制備方法，解決了常溫合成聚羧酸減水劑時，環(huán)境溫度變化和反 應(yīng)過程中溫度升高引起的產(chǎn)品質(zhì)量波動的問題，能夠合成出具有減水率高、保坍性能好、產(chǎn) 品性能穩(wěn)定的聚羧酸高性能減水劑。
[0006] 本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用的技術(shù)方案為：
[0007] -種常溫寬溫域合成聚羧酸減水劑的制備方法，步驟如下：
[0008] 1)將聚醚大單體和水混合，攪拌至溶解，得到反應(yīng)物溶液；
[0009] 2)測定反應(yīng)物溶液的溫度，根據(jù)反應(yīng)物溶液的溫度選取氧化劑和還原劑；
[0010] 3)往反應(yīng)物溶液中投入氧化劑，然后滴加共聚單體和還原劑，根據(jù)反應(yīng)體系的溫 度，使用酸或堿保持反應(yīng)體系的pH值為2-12,共聚單體的滴加時間0. 5-1. 5h，還原劑的滴 加時間0. 5-2h，還原劑滴加完后繼續(xù)反應(yīng)0. 5-lh，即得到聚羧酸減水劑。
[0011] 按上述方案，所述聚醚大單體為異戊烯醇聚氧乙烯醚、異丁烯醇聚氧乙烯醚、甲基 烯丙醇聚氧乙烯醚等中的一種或幾種按任意比例的混合物，通常情況下聚醚大單體選擇一 種。
[0012] 按上述方案，所述共聚單體為丙烯酸、馬來酸酐、丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯、 2-丙烯酰胺基-甲基丙磺酸等中的一種或幾種按任意比例的混合物，通常情況下共聚單體 選擇三種。
[0013] 按上述方案，所述步驟1)中聚醚大單體和水質(zhì)量比例為1:(1-1. 3);后續(xù)步 驟中，氧化劑的質(zhì)量為聚醚大單體質(zhì)量的1% -3%，還原劑的質(zhì)量為聚醚大單體質(zhì)量的 0. 1% -0. 3%，共聚單體的總量是聚醚大單體質(zhì)量的10% -20%。
[0014] 按上述方案，所述氧化劑若為固體則需要溶解至少量水中，水量以能夠溶解氧化 劑即可；所述共聚單體和還原劑需要溶解至少量水中，水量以能夠溶解兩者即可，具體視實 際情況而定。
[0015] 按上述方案，所述反應(yīng)物溶液的溫度為0-50°C。
[0016] 按上述方案，所述的氧化劑選自雙氧水、過硫酸銨、過硫酸鉀、偶氮二異丁基脒鹽 酸鹽、偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽等中的一種或幾種；所述的還原劑選自維生素C、硫酸亞 鐵、葡萄糖酸亞鐵、硫酸亞鐵銨，硫代硫酸鈉、亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、甲醛次硫酸鈉、連二亞 硫酸鈉等中的一種或幾種。
[0017] 優(yōu)選地，根據(jù)反應(yīng)物溶液的溫度（設(shè)定為T)的不同，選擇不同種類的氧化劑和還 原劑進(jìn)行組合，形成多重復(fù)合氧化還原引發(fā)體系，來穩(wěn)定聚羧酸減水劑在0_50°C的常溫寬 溫域范圍內(nèi)的引發(fā)速率。具體地，反應(yīng)物溶液溫度〇 <T< 10°C，氧化劑選用雙氧水、過 硫酸鉀、偶氮二異丁基脒鹽酸鹽等中的一種或幾種按任意比例的混合物，還原劑選用硫酸 亞鐵、葡萄糖酸亞鐵、連二亞硫酸鈉等中的一種或幾種按任意比例的混合物，優(yōu)選地，氧化 劑中各組分重量百分為雙氧水（0-100% )、過硫酸鉀（0-50% )、偶氮二異丁基脒鹽酸鹽 (0-50% )，還原劑中各組分重量百分為硫酸亞鐵（0-50% )、葡萄糖酸亞鐵（0-100% )、連二 亞硫酸鈉（0-50% )。當(dāng)反應(yīng)物溶液溫度10 <T< 20°C，氧化劑選用雙氧水、過硫酸銨、偶 氮二異丁基脒鹽酸鹽等中的一種或幾種按任意比例的混合物，還原劑選用葡萄糖酸亞鐵、 硫酸亞鐵銨，甲醛次硫酸鈉等中的一種或幾種按任意比例的混合物；優(yōu)選地，氧化劑中各組 分重量百分為雙氧水（0-50% )、過硫酸銨（0-100% )、偶氮二異丁基脒鹽酸鹽（0-50% )， 還原劑中各組分重量百分為葡萄糖酸亞鐵（0-50% )、硫酸亞鐵銨（0-100% )，甲醛次硫酸 鈉（0-50% );反應(yīng)物溶液溫度20 <T< 30°C，氧化劑選用雙氧水、偶氮二異丁基脒鹽酸 鹽、偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽等中的一種或幾種按任意比例的混合物，還原劑選用葡萄糖 酸亞鐵、硫酸亞鐵銨，硫代硫酸鈉等中的一種或幾種按任意比例的混合物；優(yōu)選地，氧化劑 中各組分重量百分為雙氧水（0-50% )、偶氮二異丁基脒鹽酸鹽（0-100% )、偶氮二異丁 咪唑啉鹽酸鹽（0-50% )，還原劑中各組分重量百分為葡萄糖酸亞鐵（0-50% )、硫酸亞鐵 銨（0-50% )，硫代硫酸鈉（0-100% )。反應(yīng)物溶液溫度30 <T< 40°C，氧化劑選用過硫 酸銨、偶氮二異丁基脒鹽酸鹽、偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽等中的一種或幾種按任意比例的 混合物，還原劑選用硫酸亞鐵銨、亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉等中的一種或幾種按任意比例的混 合物；優(yōu)選地，氧化劑中各組分重量百分為過硫酸銨（0-100% )、偶氮二異丁基脒鹽酸鹽 (0-50% )、偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽（0-50% )，還原劑中各組分重量百分為硫酸亞鐵銨 (0-100% )、亞硫酸鈉（0-50% )，亞硫酸氫鈉（0-50% )。反應(yīng)物溶液溫度40 <T< 50°C， 氧化劑選用過硫酸鉀、偶氮二異丁基脒鹽酸鹽、偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽等中的一種或幾 種按任意比例的混合物，還原劑選用維生素C、甲醛次硫酸鈉、連二亞硫酸鈉等中的一種或 幾種按任意比例的混合物；優(yōu)選地，氧化劑中各組分重量百分為過硫酸鉀（0-100% )、偶氮 二異丁基脒鹽酸鹽（0-100% )、偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽（0-50% )，還原劑中各組分重量 百分為維生素C(0-50% )、甲醛次硫酸鈉（0-100% )，連二亞硫酸鈉（0-100% )。
[0018] 按上述方案，所述調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的pH值的酸為硫酸、丙烯酸等中的一種或幾種， 堿為氨水、氫氧化鈉、三乙醇胺等中的一種或幾種。
[0019] 優(yōu)選地，根據(jù)反應(yīng)體系的溫度（反應(yīng)體系是放熱反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，體系會逐 漸的升溫，所以要隨著溫度調(diào)節(jié)pH值）的不同，在0-50°C溫度范圍內(nèi)調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的pH 值，進(jìn)而穩(wěn)定聚羧酸減水劑共聚單體及引發(fā)劑在0-50Γ的常溫寬溫域范圍內(nèi)的活性。具 體地，設(shè)定反應(yīng)體系的溫度為T'，當(dāng)0彡Τ'彡10 °C，調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的pH值為2-4;當(dāng)10 <Τ'彡20°C，調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的pH值為4-6 ;當(dāng)20 <Τ'彡30°C，調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的pH值為 6-8 ;當(dāng)30 <Τ'彡40°C，調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的pH值為8-10 ;當(dāng)40 <Τ'彡50°C，使調(diào)節(jié)反應(yīng)體 系的pH值為10-12。
[0020] 優(yōu)選地，根據(jù)反應(yīng)溫度的不同，在聚羧酸減水劑合成過程中，引發(fā)劑（引發(fā)劑是氧 化劑和還原劑的合稱）及共聚單體的滴加速率逐步增加或逐步減小，隨反應(yīng)的進(jìn)行按照一 定的規(guī)律調(diào)整，進(jìn)而穩(wěn)定聚羧酸減水劑的聚合反應(yīng)在0_50°C的常溫寬溫域范圍內(nèi)進(jìn)行的速 率。具體地，反應(yīng)物溶液溫度0 <T< 10°C，共聚單體溶液及還原劑溶液的滴加100-120分 鐘；當(dāng)反應(yīng)物溶液溫度10 <T< 20°C，共聚單體溶液及還原劑溶液的滴加90-100分鐘；當(dāng) 反應(yīng)物溶液溫度20 <T< 30°C，共聚單體溶液及還原劑溶液的滴加70-90分鐘；當(dāng)反應(yīng)物 溶液溫度30 <T< 40°C，共聚單體溶液及還原劑溶液的滴加50-70分鐘；當(dāng)反應(yīng)物溶液溫 度40 <T< 50°C，共聚單體溶液及還原劑溶液的滴加30-50分鐘。
[0021] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0022] 本發(fā)明根據(jù)氧化還原引發(fā)及聚合反應(yīng)動力學(xué)相關(guān)理論，研究在0-50°C的常溫寬溫 域的范圍內(nèi)，溫度及反應(yīng)體系pH值對引發(fā)劑分解活性及單體聚合活性的影響。通過多組分 氧化劑及還原劑的組合、反應(yīng)體系pH值的調(diào)控、引發(fā)劑及活性單體的變速滴加等三個方面 全面的調(diào)控聚羧酸減水劑的合成反應(yīng)，在0-50°C的常溫寬溫域的范圍內(nèi)達(dá)到控制引發(fā)及聚 合反應(yīng)