一种聚羧酸减水剂的合成方法

技术领域

本发明涉及一种材料技术领域，具体地说，特别涉及一种聚羧酸减水剂的合成方法。

背景技术

减水剂是一种在维持混凝土坍落度基本不变的条件下，能减少拌合用水量的混凝土外加剂。大多属于阴离子表面活性剂，有木质素磺酸盐、萘磺酸盐甲醛聚合物等。加入混凝土拌合物后对水泥颗粒有分散作用，能改善其工作性，减少单位用水量，改善混凝土拌合物的流动性；或减少单位水泥用量，节约水泥。但是现有减水剂的制备工艺不仅过程复杂且减水率也较低，从而无法满足要求。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供了一种聚羧酸减水剂的合成方法，包括酯化工艺和聚合工艺；

所述酯化工艺包括对聚乙二醇单甲醚、甲基丙烯酸和甲苯磺酸进行搅拌加热，搅拌加热117℃-123℃条件下抽真空反应4～6小时，待反应完成后，冷却到60℃以下出料得到大单体；

所述聚合工艺包括在四口烧瓶中加入聚乙二醇单甲基丙烯酸酯溶液和水，搅拌升温至75℃-85℃，缓慢滴加过硫酸铵、丙烯酸和丙烯酰胺，反应2.8-3.2小时，保温半个小时，可得丙烯酰胺改性聚羧酸减水剂。

作为优选，所述酯化工艺中将聚乙二醇单甲醚、甲基丙烯酸和甲苯磺酸加入装有搅拌器的500ml四口烧瓶中，搅拌加热120℃条件下抽真空反应5小时。

作为优选，所述酯化工艺中，反应器温度为120℃，压力不高于0.2Mpa；通入环氧丙烷进行反应引发后将反应温度提高至130-150℃，保持该温度并在反应压力P<0.6MPa的条件下，向反应器中连续通入环氧丙烷后熟化脱气。

作为优选，所述酯化工艺中采用采用无溶剂酯化法制备不同分子量的聚乙二醇不饱和羧酸酯类大单体。

作为优选，所述酯化工艺中进行搅拌加热117℃-123℃条件下抽真空反应4～6小时之前，还包括对所述聚乙二醇单甲醚、甲基丙烯酸和甲苯磺酸在反应器中加热至32℃-35℃，同时对其进行搅拌3-3.5小时。

作为优选，搅拌时间为3.2小时，在搅拌完成后将温度升至42℃-55℃，同时加入4-6份催化剂后反应2-3小时，降温60℃。

作为优选，所述聚合工艺中降温至75℃-85℃后加入8-15份磺化剂反应1.5-3.5小时。

作为优选，所述聚合工艺中搅拌升温至80℃，反应2.8-3.2小时，保温半个小时。

作为优选，所述聚合工艺中聚羧酸的聚合反应，所用到的自由基聚合技术：在氮气保护下将混合单体和引发剂加入到反应器中进行自由基聚合反应，反应结束后冷却到室温，用氢氧化钠溶液中和，得到改性聚羧酸减水剂。

本发明的有益效果是：通过本发明对聚乙二醇单甲醚、甲基丙烯酸和甲苯磺酸进行搅拌加热抽真空反应后冷却到得到大单体，在四口烧瓶中加入聚乙二醇单甲基丙烯酸酯溶液和水，缓慢滴加过硫酸铵、丙烯酸和丙烯酰胺，反应保温，可得丙烯酰胺改性聚羧酸减水剂。通过本发明的技术方案不仅简化了制备工艺，保证了大单体的有效含量；通过快速冷却终止大单体的继续酯化反应，以抑制混合物中酯化大单体数量降低，减少酯化物的水解。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明：

聚羧酸减水剂因其具有减水率高、坍落度损失小、收缩率低、增强效果好等优点，已成为建筑行业最重要的外加剂之一。近年来，聚羧酸减水剂的合成研究及其在水泥、混凝土中的作用机理已逐渐成为国内外混凝土外加剂研究的热点。其中聚合物分子与水泥颗粒的吸附作用、静电斥力理论、空间位稳理论受到普遍认可。

聚羧酸减水剂主要分为酯类和醚类2大类，酯类主要是指以酯化方式合成丙烯酸酯类聚氧乙烯链单体；醚类则是用丙烯基类聚乙二醇做为合成聚羧酸减水剂侧链的大单体。

实施例1

一种聚羧酸减水剂的合成方法，包括酯化工艺和聚合工艺；

所述酯化工艺包括对聚乙二醇单甲醚、甲基丙烯酸和甲苯磺酸进行搅拌加热，搅拌加热117℃-123℃条件下抽真空反应4～6小时，待反应完成后，冷却到60℃以下出料得到大单体；

所述聚合工艺包括在四口烧瓶中加入聚乙二醇单甲基丙烯酸酯溶液和水，搅拌升温至75℃-85℃，缓慢滴加过硫酸铵、丙烯酸和丙烯酰胺，反应2.8-3.2小时，保温半个小时，可得丙烯酰胺改性聚羧酸减水剂。

实施例2

一种聚羧酸减水剂的合成方法，包括酯化工艺和聚合工艺；

所述酯化工艺包括对聚乙二醇单甲醚、甲基丙烯酸和甲苯磺酸进行搅拌加热，搅拌加热117℃-123℃条件下抽真空反应4～6小时，待反应完成后，冷却到60℃以下出料得到大单体；所述酯化工艺中将聚乙二醇单甲醚、甲基丙烯酸和甲苯磺酸加入装有搅拌器的500ml四口烧瓶中，搅拌加热120℃条件下抽真空反应5小时。所述酯化工艺中，反应器温度为120℃，压力不高于0.2Mpa；通入环氧丙烷进行反应引发后将反应温度提高至130-150℃，保持该温度并在反应压力P<0.6MPa的条件下，向反应器中连续通入环氧丙烷后熟化脱气。

所述聚合工艺包括在四口烧瓶中加入聚乙二醇单甲基丙烯酸酯溶液和水，搅拌升温至75℃-85℃，缓慢滴加过硫酸铵、丙烯酸和丙烯酰胺，反应2.8-3.2小时，保温半个小时，可得丙烯酰胺改性聚羧酸减水剂。

实施例3

一种聚羧酸减水剂的合成方法，包括酯化工艺和聚合工艺；

所述酯化工艺包括对聚乙二醇单甲醚、甲基丙烯酸和甲苯磺酸进行搅拌加热，搅拌加热117℃-123℃条件下抽真空反应4～6小时，待反应完成后，冷却到60℃以下出料得到大单体；所述酯化工艺中将聚乙二醇单甲醚、甲基丙烯酸和甲苯磺酸加入装有搅拌器的500ml四口烧瓶中，搅拌加热120℃条件下抽真空反应5小时。所述酯化工艺中，反应器温度为120℃，压力不高于0.2Mpa；通入环氧丙烷进行反应引发后将反应温度提高至130-150℃，保持该温度并在反应压力P<0.6MPa的条件下，向反应器中连续通入环氧丙烷后熟化脱气。所述酯化工艺中采用采用无溶剂酯化法制备不同分子量的聚乙二醇不饱和羧酸酯类大单体，可以避免溶剂对生产环境的污染，并且工艺简单。所述酯化工艺中进行搅拌加热117℃-123℃条件下抽真空反应4～6小时之前，还包括对所述聚乙二醇单甲醚、甲基丙烯酸和甲苯磺酸在反应器中加热至32℃-35℃，同时对其进行搅拌3-3.5小时。

所述聚合工艺包括在四口烧瓶中加入聚乙二醇单甲基丙烯酸酯溶液和水，搅拌升温至75℃-85℃，缓慢滴加过硫酸铵、丙烯酸和丙烯酰胺，反应2.8-3.2小时，保温半个小时，可得丙烯酰胺改性聚羧酸减水剂。

实施例4

一种聚羧酸减水剂的合成方法，包括酯化工艺和聚合工艺；

所述酯化工艺包括对聚乙二醇单甲醚、甲基丙烯酸和甲苯磺酸进行搅拌加热，搅拌加热117℃-123℃条件下抽真空反应4～6小时，待反应完成后，冷却到60℃以下出料得到大单体；所述酯化工艺中将聚乙二醇单甲醚、甲基丙烯酸和甲苯磺酸加入装有搅拌器的500ml四口烧瓶中，搅拌加热120℃条件下抽真空反应5小时。所述酯化工艺中，反应器温度为120℃，压力不高于0.2Mpa；通入环氧丙烷进行反应引发后将反应温度提高至130-150℃，保持该温度并在反应压力P<0.6MPa的条件下，向反应器中连续通入环氧丙烷后熟化脱气。所述酯化工艺中采用采用无溶剂酯化法制备不同分子量的聚乙二醇不饱和羧酸酯类大单体，可以避免溶剂对生产环境的污染，并且工艺简单。所述酯化工艺中进行搅拌加热117℃-123℃条件下抽真空反应4～6小时之前，还包括对所述聚乙二醇单甲醚、甲基丙烯酸和甲苯磺酸在反应器中加热至32℃-35℃，同时对其进行搅拌3-3.5小时。本实施例中，搅拌时间为3.2小时，在搅拌完成后将温度升至42℃-55℃，同时加入4-6份催化剂后反应2-3小时，降温60℃。

所述聚合工艺包括在四口烧瓶中加入聚乙二醇单甲基丙烯酸酯溶液和水，搅拌升温至75℃-85℃，缓慢滴加过硫酸铵、丙烯酸和丙烯酰胺，反应2.8-3.2小时，保温半个小时，可得丙烯酰胺改性聚羧酸减水剂。所述聚合工艺中降温至75℃-85℃后加入8-15份磺化剂反应1.5-3.5小时。

实施例5

一种聚羧酸减水剂的合成方法，包括酯化工艺和聚合工艺；

所述酯化工艺包括对聚乙二醇单甲醚、甲基丙烯酸和甲苯磺酸进行搅拌加热，搅拌加热117℃-123℃条件下抽真空反应4～6小时，待反应完成后，冷却到60℃以下出料得到大单体；所述酯化工艺中将聚乙二醇单甲醚、甲基丙烯酸和甲苯磺酸加入装有搅拌器的500ml四口烧瓶中，搅拌加热120℃条件下抽真空反应5小时。所述酯化工艺中，反应器温度为120℃，压力不高于0.2Mpa；通入环氧丙烷进行反应引发后将反应温度提高至130-150℃，保持该温度并在反应压力P<0.6MPa的条件下，向反应器中连续通入环氧丙烷后熟化脱气。所述酯化工艺中采用采用无溶剂酯化法制备不同分子量的聚乙二醇不饱和羧酸酯类大单体，可以避免溶剂对生产环境的污染，并且工艺简单。所述酯化工艺中进行搅拌加热117℃-123℃条件下抽真空反应4～6小时之前，还包括对所述聚乙二醇单甲醚、甲基丙烯酸和甲苯磺酸在反应器中加热至32℃-35℃，同时对其进行搅拌3-3.5小时。本实施例中，搅拌时间为3.2小时，在搅拌完成后将温度升至42℃-55℃，同时加入4-6份催化剂后反应2-3小时，降温60℃。

所述聚合工艺包括在四口烧瓶中加入聚乙二醇单甲基丙烯酸酯溶液和水，搅拌升温至75℃-85℃，缓慢滴加过硫酸铵、丙烯酸和丙烯酰胺，反应2.8-3.2小时，保温半个小时，可得丙烯酰胺改性聚羧酸减水剂。所述聚合工艺中降温至75℃-85℃后加入8-15份磺化剂反应1.5-3.5小时。本实施例中，所述聚合工艺中搅拌升温至80℃，反应2.8-3.2小时，保温半个小时。所述聚合工艺中聚羧酸的聚合反应，所用到的自由基聚合技术：在氮气保护下将一定比例的混合单体和引发剂加入到反应器中进行自由基聚合反应，反应结束后冷却到室温，用氢氧化钠溶液中和，得到一定浓度的改性聚羧酸减水剂 PFCE。本发明中，实施例5为最优实施例。

通过本发明工艺制备还具有如下特点

1、成品特点：合成的聚羧酸减水剂在水泥中的饱和掺量为 0.2%。水灰比为 0.29 时，水泥初始净浆流动度为 287 mm，净浆流动度保持性较好，饱和吸附量为5.33mg/g；

2、通过消除诱导丙烯酸聚合的因素，以分析反应体系的酸值方法控制聚乙二醇的酯化收率，保证了大单体的有效含量；通过快速冷却终止大单体的继续酯化反应，以抑制混合物中酯化大单体数量降低，减少酯化物的水解。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。