[发明专利]以烯丙基聚乙二醇为原料的聚羧酸系减水剂及其合成方法

说明书

技术领域

本发明属建筑材料技术领域，具体涉及一种以烯丙基聚乙二醇(APEG)为原料的新型聚羧酸系减水剂及其合成方法。

背景技术

混凝土中掺入适量的减水剂，可显著改善新拌混凝土的工作性能和硬化后混凝土的综合性能。聚羧酸系减水剂作为新一代产品，具有低掺量、高减水率、不缓凝、低坍落度损失、环保等独特优点。适用于普通混凝土和高强、自密实、清水混凝土等特殊混凝土。

目前市场上聚羧酸系减水剂的合成工艺，主要是由MPEG、甲基丙烯酸等单体，在阻聚剂和催化剂作用下，加热至120℃～140℃，酯化反应5～8小时，在得到的酯化产物中加入适量的甲基丙烯酸等单体和引发剂，通入氮气，在70℃～90℃下反应5～8小时，反应结束后用氢氧化钠调节pH值。此类工艺所用原材料甲基丙烯酸价格高，导致聚羧酸系减水剂成本增加，与目前广泛使用的萘系减水剂相比，价格差距大，缺乏市场竞争力。且此合成工艺较复杂，酯化过程难控制，酯化产物对聚合反应及最终产品的性能影响很大。现今，对聚羧酸系减水剂的研究并不单一追求良好的综合性能，更重要的是降低成本、简化工艺，增强市场竞争力。设法用低价位酸代替高价位的甲基丙烯酸，在保证减水剂具有高性能的基础上，节约成本。目前，国内暂时没有相关合成工艺方面的研究成果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种合成工艺简单、原材料价格低廉、产品性能稳定的新型聚羧酸系减水剂及其合成方法。

本发明提出的聚羧酸系减水剂，以烯丙基聚乙二醇(APEG)为基本原料，由烯丙基聚乙二醇(分子量600～2500)、马来酸酐、丙烯酸甲酯、过硫酸铵、硫酸亚锡、氢氧化钠和水，合成获得，具体合成步骤为：

1)原材料配比：按质量比500∶(0.5～180)∶(0.5～150)∶(200～1500)，称取原材料烯丙基聚乙二醇、马来酸酐、丙烯酸甲酯和水，依次加入反应釜，混合，搅拌；

2)加热合成：向反应釜内通入保护气体氮气，插上冷凝管，加入过硫酸铵和硫酸亚锡中的至少一种，过硫酸铵的加入量为单体总质量的1～10％，硫酸亚锡的加入量为单体总质量1～10％，在50℃～100℃下，反应4～10小时；这里的单体总质量是指APEB，马亚酸酐和丙烯酸甲酯三种之和；

3)中和：待反应物冷却后，用浓度为50％的氢氧化钠调节pH值至6～8。

本发明中，原材烯丙基聚乙二醇、马来酸酐、丙烯酸甲酯和水的用量比优选为500∶(10-100)∶(10-90)∶(400-1000)。

本发明中，过硫酸铵的用量优选为单体总质量的3％-8％，硫酸亚锡的用量优选为单体总质量的3％-8％。

本发明中，用APEG代替MPEG，APEG带有PEO侧链，产生物理的空间阻碍作用，防止水泥颗粒凝聚，保持分散性，更重要的是APEG可与低价位的马来酸酐聚合反应。马来酸酐能增强减水效果，价格不到10000元/吨，而目前工艺中所用的甲基丙烯酸价格在20000元/吨以上。丙烯酸甲酯不仅具有良好的减水性能，且能加强减水剂在水泥颗粒表面的锚固力。过硫酸铵和硫酸亚锡为引发剂，可使各单体参与聚合反应。氢氧化钠用来调节PH值。

本发明的合成产物为淡黄色透明液体，浓度为30％～65％，在混凝土中掺入少量(一般为水泥总重量的0.5％-5％即可)，使其具有高减水率和良好的坍落度保持，能满足较高的施工要求，并在一定程度上提高混凝土强度。与现有的工艺相比，以APEG为原材料的新型聚羧酸系减水剂的合成工艺反应时间短，原材料便宜，工艺简单，反应产物的性能稳定。

本发明可供外加剂生产厂生产，一步聚合而得，成本低廉，广泛应用于桥梁、大坝、机场等重大工程和各种普通工程。

具体实施方式

实施例1，以烯丙基聚乙二醇(分子量1000)为原材料的新型聚羧酸系减水剂采用如下合成工艺：APEG(分子量1000)31.00％(质量百分比，以下同)、马来酸酐4.10％、丙烯酸甲酯4.90％、水60.00％，依次加入反应釜，通入氮气保护，加入单体总质量8％的过硫酸铵，在90℃下反应6小时，加入50％氢氧化钠溶液，调节pH值至7。掺入占水泥重量1.0％的该减水剂，可使水灰比为0.29的水泥净浆流动度为290mm，6小时没有损失。