專利名稱：一種用微波促進(jìn)合成聚羧酸系水泥減水劑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種用微波促進(jìn)合成聚羧酸系水泥減水劑的方法，屬于有機(jī)合成技術(shù)領(lǐng)域。 具體地說是一種以過硫酸胺為引發(fā)劑，聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯、丙烯酸 甲酯、甲基丙烯磺酸鈉、甲基丙烯酸等四種單體的混合物為反應(yīng)物，在微波輻 射下合成聚羧酸系水泥減水劑的方法。
背景技術(shù)：
聚羧酸系水泥減水劑是目前最有發(fā)展前景的新一代混凝土超塑化劑，由于 它具有高減水、摻量低、高保坍性能，漸漸受到了混凝土界的廣泛認(rèn)同。與第 一代和第二代減水劑相比，聚羧酸系水泥減水劑具有以下優(yōu)點(diǎn)(O對水泥分 子具有超分散性能，減水率大大超過普通減水劑，且混凝土流動性大，坍損??； (2)對凝膠材料的適應(yīng)性強(qiáng)；(3)澆筑防水抗?jié)B混凝土，對施工環(huán)境溫度要求 低；(4)能提高使用水泥中粉煤灰及磨細(xì)礦渣的摻加量；(5)環(huán)保無毒。曰美 歐等國家在90年代中期已成功的實(shí)現(xiàn)了聚羧酸水泥減水劑的工業(yè)化和應(yīng)用；在 國內(nèi)上海磁懸浮、東海大橋、蘇通大橋等許多重要工程已使用這類減水劑。聚 羧酸系水泥減水劑分子一般由丙烯酸衍生物及其它烯類單體經(jīng)水溶液體系聚合 獲得，共聚反應(yīng)時間為6 8h。在共聚反應(yīng)中，存在因工藝條件不易控制造成的 共聚物的性能不穩(wěn)定等問題。
微波化學(xué)是一門新的交叉學(xué)科。微波輻射代替常規(guī)加熱方法進(jìn)行化學(xué)反應(yīng) 具有內(nèi)部加熱、清潔、節(jié)能、體系易控制等優(yōu)點(diǎn)。張曉梅等以順丁烯二酸聚乙 二醇(n = 9)單酉旨(MAPEG)、烯丙基磺酸鈉(SAS)和順丁烯二酸酐(MA)為單體，其 摩爾比為n(SAS) : n(MA) : n(MAPEG)=3.6 : 4.3 : 1，過硫酸銨為引發(fā)劑(用 量為反應(yīng)物總質(zhì)量的1.0%),用260W微波輻射5~10min或130-650W微波輻 射6 10min，合成了梳形聚羧酸共聚物。在水與水泥的質(zhì)量比為0.35 : 1、梳形 聚羧酸共聚物摻雜量為0.4%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時，水泥凈漿流動度穩(wěn)定在230mm左右。
本發(fā)明基于對減水劑性能要求和單體分子構(gòu)效關(guān)系的分析，對單體分子結(jié) 構(gòu)的選擇和單體配比進(jìn)行了優(yōu)化。選用甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、聚乙二醇單 甲醚甲基丙烯酸酯、甲基丙烯磺酸鈉作為聚合單體，在此基礎(chǔ)上引入微波技術(shù), 利用微波快速合成聚羧酸減水劑產(chǎn)品。本發(fā)明提供的方法可以大大縮短反應(yīng)時 間，降低能耗，減少污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用微波促進(jìn)合成聚羧酸系水泥減水劑的方法，在
于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，由本發(fā)明方法合成的聚羧酸水泥減水劑性能比普通化 學(xué)合成的產(chǎn)品性能更好，且反應(yīng)時間大大縮短。
本發(fā)明的技術(shù)方案 一種用微波促進(jìn)合成聚羧酸系水泥減水劑的方法，以 聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯磺酸鈉、甲基丙烯酸四 種單體的混合物為反應(yīng)物，以過硫酸胺為引發(fā)劑，聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸 酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯磺酸鈉單體在反應(yīng)混合物中的摩爾百分含量分別為
5%~15%、 10%~20%、 10°/。~20%、用甲基丙烯酸補(bǔ)足到100%,引發(fā)劑用量為四 種單體總質(zhì)量的0.6%~1.2%，用1000w的微波輻射上述反應(yīng)混合物，使其迅速 升溫至反應(yīng)溫度，然后在200 1500w微波輻射、60'C 9(TC下反應(yīng)至碘量法測 不出雙鍵存在，繼續(xù)在同樣微波輻射反應(yīng)條件下老化l-2min，用30%的氫氧化 鈉水溶液中和反應(yīng)混合物至pH=7~8即得聚羧酸系水泥減水劑產(chǎn)品。 所述的微波促進(jìn)合成的聚羧酸系水泥減水劑產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)是
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其中a，b，c,d均為1~5的整數(shù)，m為15~25的整數(shù)，n為1 100的整數(shù)。 該反應(yīng)的加熱手段是采用200~1500w的微波輻射。 本發(fā)明的有益效果
(1) 本發(fā)明基于對減水劑性能要求和單體分子構(gòu)效關(guān)系的分析，對單體分 子結(jié)構(gòu)的選擇和單體配比進(jìn)行了優(yōu)化。選用甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、 一定聚 合度的聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯以及甲基丙烯磺酸鈉作為聚合單體，利用 微波快速合成聚羧酸減水劑產(chǎn)品。本發(fā)明提供的方法可以大大縮短反應(yīng)時間， 降低能耗，減少污染。
(2) 本發(fā)明所合成的聚羧酸減水劑產(chǎn)品在低摻量(0.3%)，低水灰比(0.3:1) 時初始凈漿流動度可高達(dá)245mm， 2h凈漿流動度仍可達(dá)240mm，且不產(chǎn)生離析 現(xiàn)象。
具體實(shí)施方法
下面對本發(fā)明進(jìn)行實(shí)施例的描述，具體實(shí)施例如下 對比例常規(guī)加熱法合成聚羧酸減水劑
向帶攪拌的反應(yīng)器中加入聚乙二醇(20)單甲醚甲基丙烯酸酯55.6g C0.05mo1)，丙烯酸甲酯12.9g (0.15mol)，甲基丙烯磺酸鈉15.9g (O.lmol)，甲 基丙烯酸60.2g (0.7mol)和145g水，攪拌均勻。待攪拌均勻后，將體系升溫至 85°C,然后在攪拌下再向其中滴加過硫酸胺溶液(0.87g溶于10g水中)。約lh
滴加完畢。繼續(xù)保持85X:反應(yīng)6h得無色透明均勻溶液，用30%的氫氧化鈉水溶 液調(diào)節(jié)至pf^7 8得產(chǎn)品。
參照GB8077-87混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法中的水泥凈漿流動度測試方 法，本發(fā)明所合成的聚羧酸減水劑產(chǎn)品在摻量0.3%，水灰比(0.3:1)時初始凈漿 流動度235mm， 2h凈漿流動度220mm，且產(chǎn)生離析現(xiàn)象。
實(shí)施例l:微波促進(jìn)合成聚羧酸減水劑
同對比例條件，向帶攪拌的反應(yīng)器中加入聚乙二醇(20)單甲醚甲基丙烯酸酯 55.6g(0.05mo1)，丙烯酸甲酯12.9g(0.15mo1)，甲基丙烯磺酸鈉15.9g (O.lmol), 甲基丙烯酸60.2g (0.7mol)和145g水，攪拌均勻。然后在攪拌下再向其中加入 過硫酸胺溶液(0.87g溶于10 g水中)。將反應(yīng)器置于微波反應(yīng)器中，用1000w 的微波輻射上述反應(yīng)混合物，使其迅速升溫至9(TC。然后設(shè)定微波功率1000w、 反應(yīng)溫度卯。C，攪拌下反應(yīng)5min得無色透明均勻溶液，用碘量法測不出雙鍵存 在，繼續(xù)在同樣微波輻射反應(yīng)條件下老化1 2min，用30%的氫氧化鈉水溶液調(diào) 節(jié)至pH:7 8得產(chǎn)品。
參照GB8077-87混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法中的固體含量測定的方法， 測得固體含量為43%。參照GB8077-87混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法中的水泥 凈漿流動度測試方法，本發(fā)明所合成的聚羧酸減水劑產(chǎn)品在摻量0.3%，水灰比 為0.3:1時初始凈漿流動度為240mm， 2h凈漿流動度為238mm，且不產(chǎn)生離析 現(xiàn)象。
實(shí)施例2:微波促進(jìn)合成聚羧酸減水劑
向帶攪拌的反應(yīng)器中加入聚乙二醇(23)單甲醚甲基丙烯酸酯111.2g (O.lmol)，丙烯酸甲酯8.6g (O.lmol)，甲基丙烯磺酸鈉23.9g (0.15mol),甲基 丙烯酸55.9g (0.65mol)和200g水，攪拌均勻。然后在攪拌下再向其中加入過 硫酸胺溶液(1.4g溶于10 g水中)。將反應(yīng)器置于微波反應(yīng)器中，用1000w的 微波輻射上述反應(yīng)混合物，使其迅速升溫至8(TC。然后設(shè)定微波功率800w、反 應(yīng)溫度80°C,攪拌下反應(yīng)6min得無色透明均勻溶液，用碘量法測不出雙鍵存在， 繼續(xù)在同樣微波輻射反應(yīng)條件下老化1 2min，用30%的氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)至 pH-7 8得產(chǎn)品。
參照GB8077-87混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法中的固體含量測定的方法， 測得固體含量為45%。參照GB8077-87混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法中的水泥 凈漿流動度測試方法，本發(fā)明所合成的聚羧酸減水劑產(chǎn)品在摻量0.3%，水灰比 為0.3:1時初始凈漿流動度為244mm， 2h凈漿流動度為239mm，且不產(chǎn)生離析 現(xiàn)象。
實(shí)施例3:微波促進(jìn)合成聚羧酸減水劑
向帶攪拌的反應(yīng)器中加聚乙二斷18)單甲醚甲基丙烯酸酯167g (0.15mol)，
丙烯酸甲酯17g(0.2mo1)，甲基丙烯磺酸鈉8g(0.05mo1)，甲基丙烯酸52g(0.6mo1) 和250g水，攪拌均勻。然后在攪拌下再向其中加入過硫酸胺溶液(2.2g溶于 10 g水中)。將反應(yīng)器置于微波反應(yīng)器中，用1000w的微波輻射上述反應(yīng)混合物， 使其迅速升溫至70'C。然后設(shè)定微波功率600w、反應(yīng)溫度70°C，攪拌下反應(yīng) 7min得無色透明均勻溶液，用碘量法測不出雙鍵存在，繼續(xù)在同樣微波輻射反 應(yīng)條件下老化1 2min，用30%的氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)至pH=7~8得產(chǎn)品。
參照GB8077-87混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法中的固體含量測定的方法， 測得固體含量為47%。參照GB8077-87混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法中的水泥 凈漿流動度測試方法，本發(fā)明所合成的聚羧酸減水劑產(chǎn)品在摻量0.3%,水灰比 為0.3:1時初始凈漿流動度為243mm， 2h凈漿流動度為240mm，且不產(chǎn)生離析 現(xiàn)象。
實(shí)施例4:微波促進(jìn)合成聚羧酸減水劑
向帶攪拌的反應(yīng)器中加入聚乙二醇(25)單甲醚甲基丙烯酸酯167g (0.15mol),丙烯酸甲酯17g C0.2mo1)，甲基丙烯磺酸鈉32g (0.2mol)，甲基丙 烯酸39g C0.45mo1)和260g水，攪拌均勻。然后在攪拌下再向其中加入過硫酸 胺溶液G.lg溶于10 g水中)。將反應(yīng)器置于微波反應(yīng)器中，用1000w的微波 輻射上述反應(yīng)混合物，使其迅速升溫至6(TC。然后設(shè)定微波功率200w、反應(yīng)溫 度60'C，攪拌下反應(yīng)10min得無色透明均勻溶液，用碘量法測不出雙鍵存在， 繼續(xù)在同樣微波輻射反應(yīng)條件下老化1 2min，用30%的氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)至 pt^7 8得產(chǎn)品。
參照GB8077-87混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法中的固體含量測定的方法， 測得固體含量為49%。參照GB8077-87混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法中的水泥 凈漿流動度測試方法，本發(fā)明所合成的聚羧酸減水劑產(chǎn)品在摻量0.3%，水灰比 為0.3:1時初始凈漿流動度為245mm， 2h凈漿流動度為241mm，且不產(chǎn)生離析 現(xiàn)象。
權(quán)利要求
1、一種用微波促進(jìn)合成聚羧酸系水泥減水劑的方法，其特征是以聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯磺酸鈉、甲基丙烯酸四種單體的混合物為反應(yīng)物，以過硫酸胺為引發(fā)劑，聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯磺酸鈉單體在反應(yīng)混合物中的摩爾百分含量分別為5％～15％、10％～20％、10％～20％、用甲基丙烯酸補(bǔ)足到100％，引發(fā)劑用量為四種單體總質(zhì)量的0.6％～1.2％，用1000w的微波輻射上述反應(yīng)混合物，使其迅速升溫至反應(yīng)溫度，然后在200～1500w微波輻射、60℃～90℃下反應(yīng)至碘量法測不出雙鍵存在，繼續(xù)在同樣微波輻射反應(yīng)條件下老化1～2min，用30％的氫氧化鈉水溶液中和反應(yīng)混合物至pH＝7～8即得聚羧酸系水泥減水劑產(chǎn)品。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用微波促進(jìn)合成聚羧酸系水泥減水劑的方法，其 特征是所述的微波促進(jìn)合成的聚羧酸系水泥減水劑產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)是ONa OCH3其中a,b,c,d均為1~5的整數(shù)，m為15~25的整數(shù),n為1~100的整數(shù)。 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是該反應(yīng)的加熱手段是采用 200 1500w的微波輻射。
全文摘要
一種用微波促進(jìn)合成聚羧酸系水泥減水劑的方法，屬于有機(jī)合成領(lǐng)域。本發(fā)明基于對水泥減水劑的性能要求和單體分子構(gòu)效關(guān)系的分析，對單體分子結(jié)構(gòu)的選擇和單體配比進(jìn)行了優(yōu)化。選用甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯、甲基丙烯磺酸鈉作為聚合單體，以過硫酸胺為引發(fā)劑，在此基礎(chǔ)上引入微波技術(shù)，利用微波快速合成聚羧酸減水劑產(chǎn)品。本發(fā)明提供的方法可以大大縮短反應(yīng)時間，降低能耗，減少污染，提高產(chǎn)品的凈漿流動性能，是一種安全、高效、節(jié)能、綠色且操作簡單的新方法。
文檔編號C08F220/00GK101186670SQ20071019060
公開日2008年5月28日 申請日期2007年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月27日
發(fā)明者夏詠梅, 徐兆付, 云 方 申請人:江南大學(xué)