技术领域
[0001] 本
发明属于减水剂技术领域，涉及一种兼具高减水率和超保坍性的
聚羧酸系减水剂的合成方法，具体涉及一种利用异戊烯基聚
氧乙烯醚(TPEG2400)、不饱和酸类
单体、保坍型功能单体、链转移剂、引发剂和去离子水，采用自由基共聚法制备兼具高减水率和超保坍性能的聚羧酸系减水剂的合成方法。
背景技术
[0002] 随着建筑工程的不断发展，人们对
混凝土的性能要求也越来越高。以预拌混凝土为例，由于预拌混凝土的生产企业与施工地点一般相距较远，混凝土运输耗时较长，加之大体积混凝土、超长混凝土结构以及超
高层建筑施工时混凝土的
泵送时间长，混凝土拌合物从在生产企业制备好、运输到浇筑工地、等候泵送，再到泵送、浇筑、振捣完成，可能需要经历2h，甚至(3-4)h的时间。在这段时间内，若混凝土拌合物坍落度损失较大，则不仅不利于混凝土的正常卸料、泵送和浇筑施工，而且可能会影响工程
质量，甚至引发严重的工程事故。因此，只具备高减水特性的聚羧酸系减水剂很难满足预拌混凝土对坍落度保持性方面的要求，研制开发具有较高保坍性能的聚羧酸系减水剂是十分必要的。
[0003] 关于高保坍性的聚羧酸系减水剂，可以通过普通聚羧酸系减水剂与缓凝组分复配来实现，也可以利用超掺法来实现。但两者都存在一定的技术
缺陷，如：复配法会增大单方混凝土的制作成本且操作工艺复杂，超掺法不利于混凝土
凝结时间的控制，会导致混凝土含气量变高、强度下降。
发明内容
[0004] 本发明的目的就是为了克服上述
现有技术存在的缺陷而提供一种兼具高减水率和超保坍性的聚羧酸系减水剂的合成方法，以满足混凝土工程对混凝土高坍落度保持性的技术要求，同时该减水剂具有掺量低，不含甲
醛、氯离子等有害杂质，且合成工艺简单、节能、环保。
[0005] 本发明可以通过以下技术方案来实现：
[0006] 一种兼具高减水率和超保坍性的聚羧酸系减水剂的合成方法，其合成包括以下步骤：
[0007] (1)称取引发剂还原组分、链转移剂和去离子水混合均匀，配成A溶液；
[0008] (2)称取不饱和酸类单体、保坍型功能单体和去离子水混合均匀，配成B溶液；
[0009] (3)往反应容器四口烧瓶中加入不饱和聚醚大单体和去离子水，该反应容器四口烧瓶固定在
铁架台上，底部浸于水浴锅中，上方连接悬臂式搅拌器。启动搅拌器使不饱和聚醚单体溶解于去离子水中；
[0010] (4)往步骤(3)的反应容器中一次性加入引发剂氧化组分，再将A溶液和B溶液在一定时间内匀速地加入步骤(3)的反应容器内开始聚合反应，该过程时间的控制通过自动滴加仪或者
蠕动泵等仪器来控制，整个聚合反应在水浴
温度及搅拌的条件下持续进行；
[0011] (5)待步骤(4)中的A溶液和B溶液滴加完成后，继续搅拌并保温一定时间，之后将合成产品冷却至常温后，采用35％的NaOH水溶液中和所制得的聚羧酸减水剂母液至PH值为6-7，即得到目的减水剂产物。
[0012] 优选地，所述的不饱和聚醚大单体为异戊烯基聚氧乙烯醚，其数均分子量为2400。
[0013] 优选地，所述的不饱和酸类单体为
丙烯酸。
[0014] 优选地，所述的保坍型功能单体为丙烯酸羟乙酯。
[0015] 优选地，所述的引发剂还原组分为
抗坏血酸。
[0016] 优选地，所述的引发剂氧化组分为双氧水或者过
硫酸盐；进一步优选地，所述引发剂氧化组分为双氧水。
[0017] 优选地，所述的链转移剂为巯基乙酸或者巯基丙酸；进一步优选地，所述的链转移剂为巯基乙酸。
[0018] 优选地，不饱和聚醚大单体、不饱和酸类单体以及保坍型功能单体三者的摩尔比为1：(2.5-3.5)：3。
[0019] 优选地，以外掺法称取，引发剂还原组分为所有单体总重量份的0.1％-0.2％，引发剂氧化组分为所有单体总重量份的0.5％-1.5％，链转移剂为所有单体总重量份的0.3％-0.4％；进一步优选地，引发剂还原组分为所有单体总重量份的0.15％，引发剂氧化组分为所有单体总重量份的1％，链转移剂为所有单体总重量份的0.35％。
[0020] 优选地，水浴温度为40℃-50℃；聚合反应持续的时间为3.5h-4h；进一步优选地水浴温度为45℃。
[0021] 优选地，A溶液和B溶液的滴
加速度分别满足：A溶液的滴加完成时间为3h-4h，B溶液的滴加完成时间为2.5h-3.5h，滴加完成后，补充一定量的去离子水使得所制备的聚羧酸系减水剂固含量为40％-41％，继续搅拌并保温15min-1h；进一步优选地，A溶液的滴加完成时间为3.5h，B溶液的滴加完成时间为3h，滴加完成后保温0.5h。
[0022] 本发明合成的一种兼具高减水率和超保坍性的聚羧酸系减水剂，其分子结构为线型
梳状结构，由不饱和聚醚大单体、不饱和酸类单体及保坍型功能单体三者通过不饱和键
碳碳双键共聚而成。聚羧酸系减水剂的主链主要由不饱和酸类单体及保坍型功能单体减水剂组成，两者在
水泥水化过程中分别提供羧基和酯基等功能型基团，其中羧基可以
吸附并锚固在水泥颗粒中，使水泥颗粒带上同种电荷而产生静电排斥作用进而相互排斥，提供初始分散性能，而后期随着羧基消耗完毕，酯基在水泥浆体的
碱性环境中不断地
水解并持续释放出羧基，从而起到持续分散水泥颗粒的作用，起到保坍效果。聚羧酸系减水剂的
侧链主要由聚醚大单体组成，主要是通过空间位阻作用而起到分散水泥颗粒的作用。在制备过程中，聚醚大单体、不饱和酸类单体及保坍性功能单体的摩尔比例主要通过合成工艺及减水剂性能表征实验来确定，本发明在所述掺量范围内合成得到的减水剂减水性能和保坍性能最佳。
[0023] 在制备过程中，链转移剂、引发剂氧化组分及引发剂还原组分则分别用来控制
聚合物的链长度、引发不饱和单体发生聚合反应及终止聚合反应，这三者虽然掺量少，但对减水剂分子合成结构的影响和反应
进程的控制非常重要，其掺量主要通过合成工艺及减水剂性能表征实验来确定，本发明在所述掺量范围内合成得到的减水剂减水性能和保坍性能最佳。
[0024] 本发明从聚羧酸系减水剂分子结构设计和具有保坍功能的保坍型聚羧酸系减水剂的保坍机理出发，通过引入具有保坍型功能单体，制备一种兼具高减水率和超保坍性的聚羧酸系减水剂，对推进聚羧酸系减水剂在预拌混凝土行业的应用，实现混凝土的高性能化以及促进建材行业的可持续发展具有重要意义。
[0025] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0026] (1)本发明合成的一种兼具高减水率和超保坍性的聚羧酸系减水剂，与普通聚羧酸系减水剂相比，掺量低，减水率高，兼具较高的减水性能和保坍性能，因此使用过程中无需与具有高减水率的减水剂复配，在减水剂使用之初即可使混凝土拌合物具备较高流动性，使用方便；
[0027] (2)本发明合成的一种兼具高减水率和超保坍性的聚羧酸系减水剂，与普通聚羧酸系减水剂相比，本发明产品可使水泥净浆的流动度保持1h-3h不损失或者损失很小，表现出优良的保坍效果；
[0028] (3)本发明合成的一种兼具高减水率和超保坍性的聚羧酸系减水剂，合成过程中不使用甲醛等对人体有害的物质，合成工艺绿色环保，且合成的产品中不含氯离子，对混凝土中的
钢筋无锈蚀危害；
[0029] (4)本发明合成的一种兼具高减水率和超保坍性的聚羧酸系减水剂，合成方法简单，与普通聚羧酸系减水剂合成工艺相比，合成温度较低，耗能少，采用常压生产，对设备要求低，操作方便，便于工业化生产。
具体实施方式
[0030] 下面结合具体
实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0031] 以下各实施例中，如无特别说明的原料或处理技术，则表明均为本领域的常规市售原料或常规处理技术。
[0032] 实施例1
[0033] 一种兼具高减水率和超保坍性的聚羧酸系减水剂，合成500重量份母液具体操作步骤如下：将四口烧瓶固定在铁架台上，使其底端浸在恒温水浴锅中，调节水浴温度至45℃，保证整个聚合反应过程在该温度条件下进行，在四口烧瓶上装入
温度计、搅拌器、恒压漏斗和插有连接A液、B液
导管的木塞，调整四口烧瓶的高度保证搅拌器可以正常工作。采用聚醚大单体TPEG-2400、不饱和酸类单体AA以及保坍型功能单体HEA的摩尔比为1：2.5：3。在四口烧瓶中加入163.93重量份的TPEG-2400和100重量份去离子水并启动搅拌器，调节搅拌器转速保持匀高速转动。称取的0.3重量份VC、0.7重量份巯基乙酸及100重量份去离子水配制成A溶液并搅拌均匀，称取的12.29重量份AA、23.77重量份HEA和50重量份去离子水配制成B溶液并搅拌均匀，在已加入163.93重量份TPEG-2400和100重量份去离子水的四口烧瓶中一次性加入2.0重量份H2O2，随后设置自动滴加仪相关参数并启动反应设备使得A溶液和B溶液按照A溶液3.5h/B溶液3h的滴加速率加入四口烧瓶中开始聚合反应，待滴加完毕后补充一定量的去离子水至所得溶液为500重量份，使得所制减水剂固含量为40.6％，继续搅拌并保温30min完成聚合反应。冷却至常温后用35％的NaOH水溶液中和所制得的聚羧酸系减水剂母液至PH值为6-7，从而可以制得本发明一种兼具高减水率和超保坍性的聚羧酸系减水剂。
[0034] 实施例2
[0035] 一种兼具高减水率和超保坍性的聚羧酸系减水剂，合成500重量份母液具体操作步骤如下：将四口烧瓶固定在铁架台上，使其底端浸在恒温水浴锅中，调节水浴温度至45℃，保证整个聚合反应过程在该温度条件下进行，在四口烧瓶上装入温度计、搅拌器、恒压漏斗和插有连接A液、B液导管的木塞，调整四口烧瓶的高度保证搅拌器可以正常工作。采用聚醚大单体TPEG-2400、不饱和酸类单体AA以及保坍型功能单体HEA三者的摩尔比为1：3：3。在四口烧瓶中加入161.94重量份的TPEG-2400和100重量份去离子水并启动搅拌器，调节搅拌器转速保持匀高速转动。称取的0.3重量份VC、0.7重量份巯基乙酸及100重量份去离子水配制成A溶液并搅拌均匀，称取的14.57重量份AA、23.48重量份HEA和50重量份去离子水配制成B溶液并搅拌均匀，在已加入160.97重量份TPEG-2400和100重量份去离子水的四口烧瓶中一次性加入2.0重量份H2O2，随后设置自动滴加仪相关参数并启动反应设备使得A溶液和B溶液按照A溶液3.5h/B溶液3h的滴加速率加入四口烧瓶中开始聚合反应，待滴加完毕后补充一定量的去离子水至所得溶液为500重量份，使得所制减水剂固含量为40.6％，继续搅拌并保温30min完成聚合反应。冷却至常温后用35％的NaOH水溶液中和所制得的聚羧酸系减水剂母液至PH值为6-7，从而可以制得本发明一种兼具高减水率和超保坍性的聚羧酸系减水剂。
[0036] 实施例3
[0037] 一种兼具高减水率和超保坍性的聚羧酸系减水剂，合成500重量份母液具体操作步骤如下：将四口烧瓶固定在铁架台上，使其底端浸在恒温水浴锅中，调节水浴温度至45℃，保证整个聚合反应过程在该温度条件下进行，在四口烧瓶上装入温度计、搅拌器、恒压漏斗和插有连接A液、B液导管的木塞，调整四口烧瓶的高度保证搅拌器可以正常工作。采用聚醚大单体TPEG-2400、不饱和酸类单体AA以及保坍型功能单体HEA的摩尔比为1：3.5：3。在四口烧瓶中加入160.00重量份的TPEG-2400和100重量份去离子水并启动搅拌器，调节搅拌器转速保持匀高速转动。称取的0.3重量份VC、0.7重量份巯基乙酸及100重量份去离子水配制成A溶液并搅拌均匀，称取的16.8重量份AA、23.2重量份HEA和50重量份去离子水配制成B溶液并搅拌均匀，在已加入160.00重量份TPEG-2400和100重量份去离子水的四口烧瓶中一次性加入2.0重量份H2O2，随后设置自动滴加仪相关参数并启动反应设备使得A溶液和B溶液按照A溶液3.5h/B溶液3h的滴加速率加入四口烧瓶开始聚合反应，待滴加完毕后补充一定量的去离子水至所得溶液为500重量份，使得所制减水剂固含量为40.6％，继续搅拌并保温30min完成聚合反应。冷却至常温后用35％的NaOH水溶液中和所制得的聚羧酸系减水剂母液至PH值为6-7，从而可以制得本发明一种兼具高减水率和超保坍性的聚羧酸系减水剂。
[0038] 按照GBT8077-2012《混凝土外加剂试验方法》对以上三个实施例所得样品进行净浆流动度测试，水泥采用南方P·O42.5水泥和海螺P·O42.5水泥，水灰比选取0.29，外加剂折固掺量为0.2％。测试结果如表1和表2所示。
[0039] 表1各实施例性能测试结果
[0040]
[0041] 表2实施例性能测试结果
[0042]
[0043] 通过上表可以看出，与空白组相比，掺加了三个实施例所得样品的水泥净浆初始流动度变化很大，说明本发明合成的聚羧酸系减水剂具备较高的减水率，3h内净浆流动度经时损失小甚至一定时间范围内增加，说明本发明合成的聚羧酸系减水剂保坍性能优良，通过两种水泥净浆实验可以看发明的聚羧酸系减水剂对水泥有良好的适应性，且与南方水泥的适应性更好。
[0044] 以上各实施例中，如不饱和聚醚大单体、不饱和酸类单体、保坍型功能单体、引发剂还原组分等原料
试剂的添加量，以及反应时间、滴定时间、温度等工艺条件均可以根据需要在前面
说明书发明内容所限定的范围内任意选择调整。
[0045] 上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种
修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
