一种乙烯基醚单体常温合成聚羧酸减水剂的方法与流程

一种乙烯基醚单体常温合成聚羧酸减水剂的方法
1.技术领域
2.本发明属于混凝土外加剂合成技术领域，具体涉及一种乙烯基醚单体常温合成聚羧酸减水剂的方法。


背景技术：

3.减水剂作为混凝土施工中最重要的外加剂，而聚羧酸减水剂具有掺量低、减水率高、和易性好、低碳环保等特点，已经逐渐取代萘系减水剂等其他减水剂，成为用量最大的减水剂。但是随着混凝土施工要求越来越高，混凝土用砂石骨料逐渐匮乏，混凝土用砂石料含泥量越来越高，导致普通的聚羧酸减水剂发挥的作用受影响严重。
4.一般聚羧酸外加剂，通常是采用一种或几种小分子量不饱和功能单体，与大分子量聚氧乙烯醚单体聚合而成。常用的大分子量聚氧乙烯醚单体为甲基烯丙基聚氧乙烯醚或异戊烯醇聚氧乙烯醚，这两种大分子量单体合成的聚羧酸减水剂的性能容易受影响，而新型的乙烯基醚单体可以显著提高合成的聚羧酸减水剂的环境容忍性，提高聚羧酸减水剂的应用性能。与上述两种大分子量单体不同，乙烯基醚单体在水溶液中，较高温下容易失去活性，而合成聚羧酸减水剂的过程为放热过程，反应过程中体系温度上升20
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40℃，导致以其为原料合成的聚羧酸减水剂反应转化率下降，应用性能受影响明显。因此在以乙烯基醚单体合成聚羧酸减水剂的过程中，通常需要外接降温制冷设备，以保证反应过程中的温度控制在5
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40℃之间，从而导致生产能耗过高。


技术实现要素：

5.本发明的目的旨在建立一种常温条件下以乙烯基醚单体合成聚羧酸减水剂的制备工艺，不使用降温制冷设备，无需控温，降低反应过程中的能耗，提高聚羧酸减水剂的应用性能，实现低碳环保和高性能的和谐共存。其工艺稳定、操作简单、能耗低。
6.实现本发明目的的具体技术方案为：一种乙烯基醚单体常温合成聚羧酸减水剂的方法，其工艺包括以下步骤：1）在反应釜内加入水300
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800份，然后加入乙烯基醚单体350
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750份，搅拌至乙烯基醚单体溶解，得到乙烯基醚单体水溶液；2）步骤1）后，向反应釜内的乙烯基醚单体水溶液内通入氮气，时间控制在20
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60min；3）取水30
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150份，加入不饱和羧酸单体30
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110份，搅拌均匀后置于滴加罐a中；4）取水10
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30份，加入还原剂0.4
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2.5份、链转移剂0.5
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10份、催化剂0.01
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0.1份，搅拌均匀后置于滴加罐b中；5）向装有乙烯基醚单体水溶液的反应釜内加入引发剂1
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8份，并保持氮气持续通入反应釜，常温（5
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35℃）下开始反应，无需控温，同时开始滴加a罐和b罐内混合液，控制a罐
滴加时间为10
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60min，b罐滴加时间比a罐多10
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30min；6）滴加结束后，保温20
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60min；7）保温结束后，停止通入氮气，向反应釜内加入碱液，调节ph值至6
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8，反应结束，得到聚羧酸减水剂。其中：反应过程中通入的氮气纯度≥99%，且在反应开始前通氮气20
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60min，反应过程中持续通入氮气至保温结束。
7.所述乙烯基醚单体为乙二醇单乙烯基聚乙二醇醚或4
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羟丁基乙烯基聚乙二醇醚中的一种。
8.所述乙烯基醚单体的分子量为1000至6000。
9.所述的不饱和单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯中的至少一种。
10.所述的还原剂为维生素c、亚硫酸氢钠、甲醛次硫酸钠中的一种。
11.所述的链转移剂为巯基乙醇、巯基乙酸、巯基丙酸中的一种。
12.所述的催化剂为铁盐或亚铁盐中的至少一种。
13.所述的引发剂为双氧水、过硫酸铵、过硫酸钾中至少一种。
14.所述的碱液为氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液中的一种。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明提出的以乙烯基醚单体在常温下合成聚羧酸减水剂的生产工艺，通过引入催化剂和通入氮气，缩短了反应时间，克服了乙烯基醚单体在低温下反应较慢、高温下容易失去活性的问题，提高了反应转化率，在不使用降温制冷设备的情况下，即可得到高反应转化率和高性能的聚羧酸减水剂，提高了生产效率，降低了生产能耗。
具体实施方式
16.为了使本发明的技术方案和优势更清楚明确，下面结合具体实施例对本发明做进一步详细阐释。需要理解的是，以下描述的实施例仅作为解释说明本发明，并不能用于限定本发明。
17.实施例1一种在常温下以乙烯基醚单体合成聚羧酸减水剂的方法，其工艺包括以下步骤：1）在反应釜内加入水500份，然后加入乙二醇单乙烯基聚乙二醇醚590份，搅拌至完全溶解，得到乙二醇单乙烯基聚乙二醇醚水溶液；2）向反应釜内的乙二醇单乙烯基聚乙二醇醚水溶液内通入氮气，时间控制在30min；3）取水50份，加入丙烯酸57份，搅拌均匀后置于滴加罐a中；4）取水20份，加入维生素c1.0份、巯基乙醇2.0份、硫酸亚铁0.01份，搅拌均匀后置于滴加罐b中；5）向装有乙二醇单乙烯基聚乙二醇醚水溶液的反应釜内加入双氧水5.0份，并保持氮气持续通入反应釜，30℃下开始反应，无需控温，同时开始滴加a罐和b罐内混合液，控制a罐滴加时间为20min，b罐滴加时间为30min；6）滴加结束后，保温30min；
7）保温结束后，停止通入氮气，向反应釜内加入30%质量分数的氢氧化钠水溶液，调节ph值至6
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8，反应结束后，得到聚羧酸减水剂。
18.实施例2一种在常温下以乙烯基醚单体合成聚羧酸减水剂的方法，其工艺包括以下步骤：1）在反应釜内加入水500份，然后加入乙二醇单乙烯基聚乙二醇醚550份，搅拌至完全溶解，得到乙二醇单乙烯基聚乙二醇醚水溶液；2）向反应釜内的乙二醇单乙烯基聚乙二醇醚水溶液内通入氮气，时间控制在40min；3）取水50份，加入甲基丙烯酸70份，搅拌均匀后置于滴加罐a中；4）取水20份，加入亚硫酸氢钠0.7份、巯基乙酸2.4份、硫酸亚铁0.01份，搅拌均匀后置于滴加罐b中；5）向装有乙二醇单乙烯基聚乙二醇醚水溶液的反应釜内加入过硫酸铵4.0份，并保持氮气持续通入反应釜，20℃下开始反应，无需控温，同时开始滴加a罐和b罐内混合液，控制a罐滴加时间为40min，b罐滴加时间为65min；6）滴加结束后，保温30min；7）保温结束后，停止通入氮气，向反应釜内加入30%质量分数的氢氧化钾水溶液，调节ph值至6
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8，反应结束后，得到聚羧酸减水剂。
19.实施例3一种在常温下以乙烯基醚单体合成聚羧酸减水剂的方法，其工艺包括以下步骤：1）在反应釜内加入水500份，然后加入4
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羟丁基乙烯基聚乙二醇醚600份，搅拌至完全溶解，得到4
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羟丁基乙烯基聚乙二醇醚水溶液；2）向反应釜内的4
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羟丁基乙烯基聚乙二醇醚水溶液内通入氮气，时间控制在40min；3）取水50份，加入丙烯酸40份，搅拌均匀后置于滴加罐a中；4）取水20份，加入维生素c0.7份、巯基乙醇1.8份、硫酸亚铁0.02份，搅拌均匀后置于滴加罐b中；5）向装有4
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羟丁基乙烯基聚乙二醇醚水溶液的反应釜内加入双氧水2.0份，并保持氮气持续通入反应釜，30℃下开始反应，无需控温，同时开始滴加a罐和b罐内混合液，控制a罐滴加时间为50min，b罐滴加时间为80min；6）滴加结束后，保温30min；7）保温结束后，停止通入氮气，向反应釜内加入30%质量分数的氢氧化钠水溶液，调节ph值至6
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8，反应结束后，得到聚羧酸减水剂。
20.对比例1该对比例为市场购买的聚羧酸减水剂母液，以乙二醇单乙烯基聚乙二醇醚为原料制备得到。
21.对比例2该对比例为市场购买的聚羧酸减水剂母液，以4
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羟丁基乙烯基聚乙二醇醚为原料制备得到。
22.对比例3
1）在反应釜内加入水500份，然后加入乙二醇单乙烯基聚乙二醇醚590份，搅拌至完全溶解，得到乙二醇单乙烯基聚乙二醇醚水溶液；2）取水50份，加入丙烯酸57份，搅拌均匀后置于滴加罐a中；3）取水20份，加入维生素c 1.0份、巯基乙醇2.0份、硫酸亚铁0.01份，搅拌均匀后置于滴加罐b中；4）向装有乙二醇单乙烯基聚乙二醇醚水溶液的反应釜内加入双氧水5.0份，30℃下开始反应，无需控温，同时开始滴加a罐和b罐内混合液，控制a罐滴加时间为20min，b罐滴加时间为30min；6）滴加结束后，保温30min；7）保温结束后，向反应釜内加入30%质量分数的氢氧化钠水溶液，调节ph值至6
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8，反应结束后，得到聚羧酸减水剂。
23.对比例41）在反应釜内加入水500份，然后加入乙二醇单乙烯基聚乙二醇醚590份，搅拌至完全溶解，得到乙二醇单乙烯基聚乙二醇醚水溶液；2）取水50份，加入丙烯酸57份，搅拌均匀后置于滴加罐a中；3）取水20份，加入维生素c 1.0份、巯基乙醇2.0份、硫酸亚铁0.01份，搅拌均匀后置于滴加罐b中；4）向装有乙二醇单乙烯基聚乙二醇醚水溶液的反应釜内加入双氧水5.0份，10℃下开始反应，无需控温，同时开始滴加a罐和b罐内混合液，控制a罐滴加时间为20min，b罐滴加时间为30min；6）滴加结束后，保温30min；7）保温结束后，向反应釜内加入30%质量分数的氢氧化钠水溶液，调节ph值至6
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8，反应结束后，得到聚羧酸减水剂。
24.对比例51）在反应釜内加入水500份，然后加入4
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羟丁基乙烯基聚乙二醇醚600份，搅拌至完全溶解，得到4
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羟丁基乙烯基聚乙二醇醚水溶液；2）取水50份，加入丙烯酸40份，搅拌均匀后置于滴加罐a中；3）取水20份，加入维生素c 0.7份、巯基乙醇1.8份，搅拌均匀后置于滴加罐b中；5）向装有4
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羟丁基乙烯基聚乙二醇醚水溶液的反应釜内加入双氧水2.0份， 30℃下开始反应，无需控温，同时开始滴加a罐和b罐内混合液，控制a罐滴加时间为50min，b罐滴加时间为80min；6）滴加结束后，保温30min；7）保温结束后，向反应釜内加入30%质量分数的氢氧化钠水溶液，调节ph值至6
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8，反应结束后，得到聚羧酸减水剂。
25.采用凝胶渗透色谱（gpc），测试合成的聚羧酸减水剂的反应转化率、重均分子量和多分散性指数，测试仪器为waters 1515/waters 2414，流动相为0.1 mol/l的nano3溶液，流速1 ml/min。
26.对比实施例1和对比例3、实施例3和对比例5，在较高温度下，不采用本发明工艺方法的对比例3和对比例5，反应转化率明显较低。采用本发明工艺方法合成聚羧酸减水剂的3个实施例，在反应转化率、分子量多分散性指数上明显更优。
27.依照gb8076
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2008《混凝土外加剂》，按照高性能减水剂的技术要求，测试混凝土减水率和塌落度。
28.实验材料：海螺p.o42.5水泥；砂；大石；小石；自来水。
29.测试结果如下表所示：上述混凝土实验结果表明，对比实施例1和对比例3、实施例3和对比例5，采用本发明方法合成的聚羧酸减水剂具有减水率高、保坍性好、和易性好的特点，能够克服较高反应温度对乙烯基醚单体的影响。对比实施例1和对比例4，采用本发明方法合成的聚羧酸减水剂和低温合成的产品在性能方面非常接近。
30.虽然通过上述实施例和对比例已经对本发明做了描述和说明，但是应当认为，上
述实施例仅为了更加准确地阐述清楚本发明，而不是用于限制本发明。对于本领域的技术人员来说，可以根据试剂生产技术要求，作出相应的各种改变，应当明白，所有的这些改变都属于本发明的权利保护范围之内。