CN105837738B - 一种聚羧酸系阳离子抗泥剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚羧酸系阳离子抗泥剂及其制备方法和应用，涉及混凝土外加剂技术领域，本发明采用亲水性较差的甲基丙烯酸羟丙酯代替亲水性较好的侧链单体，合成了一种带有部分阳离子电荷的单体，采用丙烯酸和甲基丙烯磺酸钠作为阴离子吸附单体，通过自由基聚合反应合成了小分子聚合物。经实验证明，在骨料含泥量相同的条件下，添加有本发明抗泥剂的聚羧酸减水剂的分散效果明显增强，提高混凝土初始流动性，降低坍落度损失，混凝土抗压强度提高1.5～3MPa，对含泥量有很好的抑制作用，适宜工业化大批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土外加剂技术领域，具体涉及一种聚羧酸系阳离子抗泥剂及其制备方法和应用。
背景技术
建筑材料行业的第三代减水剂是以聚羧酸为代表的高性能减水剂，以其高减水高保塌的优异性能和良好的环保特性而使其备受建材行业的青睐。聚羧酸减水剂在混凝土工程中获得广泛应用的同时，也暴露了一些明显的缺陷，特别是砂石中含有的泥土使聚羧酸系减水剂的性能受到很大影响，导致混凝土流动度差，坍落度损失大。近年来，随着天然砂的枯竭，机制砂或质量较差的天然砂替代之，加上各种骨料的含泥量居高不降，对聚羧酸系减水剂性能产生很大影响，导致混凝土流动度差，坍落度损失大。这样的情况下，就需要研发新型减水剂，或者研发一些抗泥添加剂与现有的聚羧酸系减水剂复配使用，以消除或减弱泥含量高对聚羧酸系减水剂产生的负面影响，同时提高混凝土的工作性能。
目前，已有少量关于抗泥剂方面的报道。专利CN102617811A提出了一种两性乙烯基聚合物混凝土抗泥剂的制备方法。其制备方法是：利用甲基丙烯酸和聚乙二醇单甲醚进行酯化反应制备聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯，然后再将聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、丙烯酸系单体、乙烯基阳离子单体和乙烯基磺酸盐单体通过自由基引发聚合制得。专利CN102775088A提出了一种阻泥型混凝土减水剂及制备方法，通过将季铵盐型泥土稳定剂、无机钾盐、有机磷阻垢剂和聚羧酸减水剂复配使用。这两种抗泥剂只针对特定的泥土，适应面不广。
发明内容
本发明的目的在于提供一种聚羧酸系阳离子抗泥剂及其制备方法。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种聚羧酸系阳离子抗泥剂，由以下重量份的原料制成：顺丁烯二酸酐40～60份、N,N二甲基乙醇胺40～90份、氯乙酸钠30～50份、丙烯酸30～50份、甲基丙烯酸羟丙酯50～70份、甲基丙烯磺酸钠10～20份、过硫酸盐1.5～4份、30％的双氧水1～3份、丙酮140～200份、VC 2～5份、32％的氢氧化钠水溶液40～80份、去离子水适量。
优选地，由以下重量份的原料制成：顺丁烯二酸酐49份、N,N二甲基乙醇胺45份、氯乙酸钠47份、丙烯酸36份、甲基丙烯酸羟丙酯65份、甲基丙烯磺酸钠11.2份、过硫酸盐2.1份、30％的双氧水2.2份、丙酮150份、VC 2.2份、32％的氢氧化钠水溶液40～80份、去离子水适量。
优选地，所述过硫酸盐为过硫酸铵或过硫酸钾。
优选地，所述VC为医药级。
聚羧酸系阳离子抗泥剂的制备方法，包括以下步骤：
1)将顺丁烯二酸酐溶解在丙酮中，匀速滴加N,N二甲基乙醇胺，控制滴加时间为15-20min，在恒温10-20℃范围内保持5h，然后加热到65℃蒸去丙酮，冷却；
2)向步骤1)中加入适量去离子水，用氢氧化钠溶液将体系pH调节到9，搅拌的同时加入氯乙酸钠，在25-40℃条件下反应5h；
3)将甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸、VC和甲基丙烯磺酸钠溶解在适量的去离子水中，混合均匀，作为A液，另取过硫酸铵、双氧水溶于适量去离子水中，混合均匀，作为B液；
4)将步骤2)的反应体系温度升至30-60℃，同时滴加步骤3)中的A液和B液，控制A液滴加时间在2-3h，B液滴加时间在2-3.5h，全部滴完后升温至60-80℃并保持2-3h；
5)用氢氧化钠溶液将体系pH调整至9，即可得到成品。
聚羧酸系阳离子抗泥剂的应用，是将聚羧酸系阳离子抗泥剂代替5％-20％的聚羧酸减水剂，进行复配使用。
本发明有益效果：本发明采用亲水性较差的甲基丙烯酸羟丙酯代替亲水性较好的侧链单体，合成了一种带有部分阳离子电荷的单体，采用丙烯酸和甲基丙烯磺酸钠作为阴离子吸附单体，通过自由基聚合反应合成了小分子聚合物。经实验证明，在骨料含泥量相同的条件下，添加有本发明抗泥剂的聚羧酸减水剂的分散效果明显增强，提高混凝土初始流动性，降低坍落度损失，混凝土抗压强度提高1.5～3MPa，对含泥量有很好的抑制作用，适宜工业化大批量生产。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种聚羧酸系阳离子抗泥剂，由以下重量份的原料制成：顺丁烯二酸酐49份、N,N二甲基乙醇胺45份、氯乙酸钠47份、丙烯酸36份、甲基丙烯酸羟丙酯65份、甲基丙烯磺酸钠11.2份、过硫酸铵2.1份、30％的双氧水2.2份、丙酮150份、VC 2.2份、32％的氢氧化钠水溶液50份、去离子水适量。
聚羧酸系阳离子抗泥剂的制备方法，包括以下步骤：
1)将顺丁烯二酸酐溶解在丙酮中，匀速滴加N,N二甲基乙醇胺，控制滴加时间为20min，在恒温10℃范围内保持5h，然后加热到65℃蒸去丙酮，冷却；
2)向步骤1)中加入200份去离子水，用氢氧化钠溶液将体系pH调节到9，搅拌的同时加入氯乙酸钠，在30℃条件下反应5h；
3)将甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸、VC和甲基丙烯磺酸钠溶解在100份的去离子水中，混合均匀，作为A液，另取过硫酸铵、双氧水溶于120份去离子水中，混合均匀，作为B液；
4)将步骤2)的反应体系温度升至50℃，同时滴加步骤3)中的A液和B液，控制A液滴加时间在3h，B液滴加时间在3.5h，全部滴完后升温至80℃并保持2h；
5)用氢氧化钠溶液将体系pH调整至9，即可得到成品。
聚羧酸系阳离子抗泥剂的应用，是将聚羧酸系阳离子抗泥剂代替9％的聚羧酸减水剂，进行复配使用。
实施例2：
一种聚羧酸系阳离子抗泥剂，由以下重量份的原料制成：顺丁烯二酸酐49份、N,N二甲基乙醇胺90份、氯乙酸钠50份、丙烯酸40份、甲基丙烯酸羟丙酯60份、甲基丙烯磺酸钠14份、过硫酸铵3.1份、30％的双氧水1.2份、丙酮150份、VC 2份、32％的氢氧化钠水溶液55份、去离子水适量。
聚羧酸系阳离子抗泥剂的制备方法，包括以下步骤：
1)将顺丁烯二酸酐溶解在丙酮中，匀速滴加N,N二甲基乙醇胺，控制滴加时间为20min，在恒温10℃范围内保持5h，然后加热到65℃蒸去丙酮，冷却；
2)向步骤1)中加入200份去离子水，用氢氧化钠溶液将体系pH调节到9，搅拌的同时加入氯乙酸钠，在30℃条件下反应5h；
3)将甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸、VC和甲基丙烯磺酸钠溶解在100份去离子水中，混合均匀，作为A液，另取过硫酸铵、双氧水溶于120份去离子水中，混合均匀，作为B液；
4)将步骤2)的反应体系温度升至50℃，同时滴加步骤3)中的A液和B液，控制A液滴加时间在2h，B液滴加时间在2.5h，全部滴完后升温至80℃并保持3h；
5)用氢氧化钠溶液将体系pH调整至9，即可得到成品。
聚羧酸系阳离子抗泥剂的应用，是将聚羧酸系阳离子抗泥剂代替15％的聚羧酸减水剂，进行复配使用。
实施例3：
一种聚羧酸系阳离子抗泥剂，由以下重量份的原料制成：顺丁烯二酸酐60份、N,N二甲基乙醇胺50份、氯乙酸钠50份、丙烯酸40份、甲基丙烯酸羟丙酯70份、甲基丙烯磺酸钠10份、过硫酸钾3.5份、30％的双氧水2份、丙酮200份、VC 2份、32％的氢氧化钠水溶液56份、去离子水适量。
聚羧酸系阳离子抗泥剂的制备方法，包括以下步骤：
1)将顺丁烯二酸酐溶解在丙酮中，匀速滴加N,N二甲基乙醇胺，控制滴加时间为15min，在恒温15℃范围内保持5h，然后加热到65℃蒸去丙酮，冷却；
2)向步骤1)中加入适量去离子水，用氢氧化钠溶液将体系pH调节到9，搅拌的同时加入氯乙酸钠，在35℃条件下反应5h；
3)将甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸、VC和甲基丙烯磺酸钠溶解在适量的去离子水中，混合均匀，作为A液，另取过硫酸铵、双氧水溶于适量去离子水中，混合均匀，作为B液；
4)将步骤2)的反应体系温度升至60℃，同时滴加步骤3)中的A液和B液，控制A液滴加时间在2.5h，B液滴加时间在2.5h，全部滴完后升温至80℃并保持2.5h；
5)用氢氧化钠溶液将体系pH调整至9，即可得到成品。
聚羧酸系阳离子抗泥剂的应用，是将聚羧酸系阳离子抗泥剂代替20％的聚羧酸减水剂，进行复配使用。
实施例4：
一种聚羧酸系阳离子抗泥剂，由以下重量份的原料制成：顺丁烯二酸酐40份、N,N二甲基乙醇胺90份、氯乙酸钠30份、丙烯酸50份、甲基丙烯酸羟丙酯50份、甲基丙烯磺酸钠15份、过硫酸盐钾1.5份、30％的双氧水3份、丙酮140份、VC 3.5份、32％的氢氧化钠水溶液70份、去离子水适量。
聚羧酸系阳离子抗泥剂的制备方法，包括以下步骤：
1)将顺丁烯二酸酐溶解在丙酮中，匀速滴加N,N二甲基乙醇胺，控制滴加时间为20min，在恒温20℃范围内保持5h，然后加热到65℃蒸去丙酮，冷却；
2)向步骤1)中加入适量去离子水，用氢氧化钠溶液将体系pH调节到9，搅拌的同时加入氯乙酸钠，在30℃条件下反应5h；
3)将甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸、VC和甲基丙烯磺酸钠溶解在适量的去离子水中，混合均匀，作为A液，另取过硫酸铵、双氧水溶于适量去离子水中，混合均匀，作为B液；
4)将步骤2)的反应体系温度升至40℃，同时滴加步骤3)中的A液和B液，控制A液滴加时间在3h，B液滴加时间在3.5h，全部滴完后升温至60℃并保持3h；
5)用氢氧化钠溶液将体系pH调整至9，即可得到成品。
聚羧酸系阳离子抗泥剂的应用，是将聚羧酸系阳离子抗泥剂代替5％的聚羧酸减水剂，进行复配使用。
实施例5：
一种聚羧酸系阳离子抗泥剂，由以下重量份的原料制成：顺丁烯二酸酐55份、N,N二甲基乙醇胺70份、氯乙酸钠45份、丙烯酸40份、甲基丙烯酸羟丙酯65份、甲基丙烯磺酸钠14份、过硫酸铵2.5份、30％的双氧水2.5份、丙酮160份、VC 3份、32％的氢氧化钠水溶液60份、去离子水适量。
聚羧酸系阳离子抗泥剂的制备方法，包括以下步骤：
1)将顺丁烯二酸酐溶解在丙酮中，匀速滴加N,N二甲基乙醇胺，控制滴加时间为15min，在恒温15℃范围内保持5h，然后加热到65℃蒸去丙酮，冷却；
2)向步骤1)中加入适量去离子水，用氢氧化钠溶液将体系pH调节到9，搅拌的同时加入氯乙酸钠，在40℃条件下反应5h；
3)将甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸、VC和甲基丙烯磺酸钠溶解在适量去离子水中，混合均匀，作为A液，另取过硫酸铵、双氧水溶于适量去离子水中，混合均匀，作为B液；
4)将步骤2)的反应体系温度升至55℃，同时滴加步骤3)中的A液和B液，控制A液滴加时间在2h，B液滴加时间在3h，全部滴完后升温至70℃并保持2.5h；
5)用氢氧化钠溶液将体系pH调整至9，即可得到成品。
聚羧酸系阳离子抗泥剂的应用，是将聚羧酸系阳离子抗泥剂代替20％的聚羧酸减水剂，进行复配使用。
实施案例：
将本发明实施例1和实施例2制备的聚羧酸系阳离子抗泥剂与聚羧酸减水剂复配，得到具有抗泥效果的复配减水剂，并检测其性能参数，实施效果实验净浆测试按照国标GB/T 8077-2012《混凝土外加剂均匀性试验方法》进行，蒙脱土内掺，取代相应质量的水泥。砂浆测试按照国标GB/T 19671-1999《水泥胶砂强度检验方法》进行，混凝土性能测试参照国标GB/T 50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法》进行。
将实施例1制得的抗泥剂分别代替9％和15％的聚羧酸减水剂，编号分别为1号、2号，将实施例2制得的抗泥剂分别代替9％和15％的聚羧酸减水剂，编号分别为3号和4号，实验结果如下：
1、净浆流动度实验
表1
2、外加蒙脱土减水剂砂浆流动度实验
表2
3、混凝土实验
混凝土配合比如下：
表3
测试结果如下：
表4
以上实验结果表明，在骨料含泥量相同的条件下，抗泥剂与聚羧酸的复配液减水剂，其分散效果明显优于普通的聚羧酸减水剂，混凝土坍落度保持也较好。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种聚羧酸系阳离子抗泥剂，其特征在于，由以下重量份的原料制成：顺丁烯二酸酐40～60份、N,N二甲基乙醇胺40～90份、氯乙酸钠30～50份、丙烯酸30～50份、甲基丙烯酸羟丙酯50～70份、甲基丙烯磺酸钠10～20份、过硫酸盐1.5～4份、30％的双氧水1～3份、丙酮140～200份、VC 2～5份、32％的氢氧化钠水溶液40～80份、去离子水适量。
2.如权利要求1所述的聚羧酸系阳离子抗泥剂，其特征在于，由以下重量份的原料制成：顺丁烯二酸酐49份、N,N二甲基乙醇胺45份、氯乙酸钠47份、丙烯酸36份、甲基丙烯酸羟丙酯65份、甲基丙烯磺酸钠11.2份、过硫酸盐2.1份、30％的双氧水2.2份、丙酮150份、VC2.2份、32％的氢氧化钠水溶液40～80份、去离子水适量。
3.如权利要求2所述的聚羧酸系阳离子抗泥剂，其特征在于，所述过硫酸盐为过硫酸铵或过硫酸钾。
4.如权利要求2所述的聚羧酸系阳离子抗泥剂，其特征在于，所述VC为医药级。
5.如权利要求1-4任一所述的聚羧酸系阳离子抗泥剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将顺丁烯二酸酐溶解在丙酮中，匀速滴加N,N二甲基乙醇胺，控制滴加时间为15-20min，在恒温10-20℃范围内保持5h，然后加热到65℃蒸去丙酮，冷却；
2)向步骤1)中加入适量去离子水，用氢氧化钠溶液将体系pH调节到9，搅拌的同时加入氯乙酸钠，在25-40℃条件下反应5h；
3)将甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸、VC和甲基丙烯磺酸钠溶解在适量的去离子水中，混合均匀，作为A液，另取过硫酸铵、双氧水溶于适量去离子水中，混合均匀，作为B液；
4)将步骤2)的反应体系温度升至30-60℃，同时滴加步骤3)中的A液和B液，控制A液滴加时间在2-3h，B液滴加时间在2-3.5h，全部滴完后升温至60-80℃并保持2-3h；
5)用氢氧化钠溶液将体系pH调整至9，即可得到成品。
6.如权利要求1所述的聚羧酸系阳离子抗泥剂的应用，其特征在于，是将聚羧酸系阳离子抗泥剂代替5％-20％的聚羧酸减水剂，进行复配使用。
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