一種采用微波輔助法制備聚羧酸接枝共聚物類高效超塑化劑的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種采用微波輔助法制備聚羧酸接枝共聚物類高效超塑化劑的方法。該超塑化劑選用A，B，D，C或F，E或G七種聚合物單體共聚而成，其制備方法是(1)設(shè)定一定的溫度、微波輻射功率；(2)在微波輻射下加入聚合物單體，即向聚合物鏈中引入聚醚、聚酯和雜原子長側(cè)鏈；(3)中和調(diào)pH值。本發(fā)明制備所得的水溶性聚羧酸混凝土超塑化劑，具備高減水率、分子量分散指數(shù)小、綜合性能更為優(yōu)越，對水泥相容性優(yōu)，并具有合成綠色環(huán)保、合成周期短，工藝簡單，成本低，價格合理，適宜推廣應(yīng)用。
【專利說明】一種采用微波輔助法制備聚羧酸接枝共聚物類高效超塑化劑的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于混凝土外加劑【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種采用微波輔助法制備聚羧酸接枝共聚物類高效超塑化劑的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展，國內(nèi)預(yù)拌混凝土的產(chǎn)量逐年提高。國家的重點工程項目也是拉動預(yù)拌混凝土產(chǎn)量的一個重要原因?！拔鞑看箝_發(fā)”、“振興東北老工業(yè)基地”、“中部崛起”等戰(zhàn)略實施拉動了地方經(jīng)濟增長和基礎(chǔ)建設(shè)。我國混凝土發(fā)展至今取得了很大的進步，但是預(yù)拌混凝土占混凝土總量的比例還不高，與世界各國相比，存在著差距。我國目前預(yù)拌混凝土所占比例只有50%左右，隨著國家對環(huán)境和能源的關(guān)注，我國預(yù)拌混凝土占混凝土總量的比例將有顯著的提高，2013年預(yù)計將達到80%，實際產(chǎn)量將增長一倍以上。隨著國際上環(huán)境保護要求的日益提高，工業(yè)萘及以其為主要原料生產(chǎn)的萘系減水劑因其環(huán)保性的問題而受到制約，而同時聚羧酸減水劑以其優(yōu)異的技術(shù)特性和良好的環(huán)保特性受到業(yè)界的青睞，得到快速發(fā)展。聚羧酸減水劑由于具備大減水高保坍的優(yōu)異性能可以逐步取代其它類型的減水劑，故其在商品混凝土市場的市場拓展空間是巨大的。另外，還有沿海城市地鐵工程，城際鐵路工程，跨海大橋，海底隧道等等重點工程，聚羧酸減水劑都是必不可少的。
[0003]目前，建筑節(jié)能以及社會可持續(xù)發(fā)展已成為我國當(dāng)前經(jīng)濟發(fā)展的重要組成部分。因此，提高混凝土強度和耐久性，加大粉煤灰、礦粉等礦物摻和料的使用量，是降低水泥熟料產(chǎn)量、減少工業(yè)廢棄物堆放、降低能耗的最佳選擇。這就迫切要求開發(fā)性能更加優(yōu)越的超塑化劑，尤其是聚羧酸超塑化劑的研發(fā)。然而在使用過程中，單一使用某種化學(xué)外加劑很難完全解決混凝土使用過程中存在的問題。再者從我國超塑化劑的發(fā)展情況看，超塑化劑生產(chǎn)技術(shù)還不太完善，存在工藝復(fù)雜、耗時長、能源消耗大、原料未綠色化、產(chǎn)品市場份額小等發(fā)展應(yīng)用局限，如何做到工藝簡單和原料及產(chǎn)品綠色是當(dāng)前節(jié)能環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。很多學(xué)者通過分子設(shè)計的方法向超塑化劑分子結(jié)構(gòu)引入特殊的基團或鏈段，使之在保持高減水率和高保坍性能的同時起到功能化的目的，雖獲得一些效果，但沒解決本質(zhì)問題，因此超塑化劑的研發(fā)進入瓶頸期 。
[0004]由于微波輻射反應(yīng)具有速率快、轉(zhuǎn)化率高、清潔、節(jié)能、體系易控制等優(yōu)點，本發(fā)明采用微波輔助加熱法替代傳統(tǒng)合成工藝。由于自由基存在鏈轉(zhuǎn)移和鏈終止反應(yīng)，傳統(tǒng)自由基聚合不能較好地控制聚合物分子量及結(jié)構(gòu)。采用微波輔助加熱法獲得的聚合物分子量可控，分子量分布顯著降低的效果，其使得大量新型結(jié)構(gòu)聚合物的合成得以實現(xiàn)。因此采用微波輔助加熱法合成聚羧酸超塑化劑，可獲得一種區(qū)別于傳統(tǒng)聚羧酸超塑化劑梳型結(jié)構(gòu)的新結(jié)構(gòu)，其分散和分散保持性能更優(yōu)，是一種合成反應(yīng)速率有顯著提高、低能耗、高效率、清潔環(huán)保的新型聚羧酸超塑化劑的合成方法。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種采用微波輔助法制備聚羧酸接枝共聚物類高效超塑化劑的方法，該方法的特征是，采用微波加熱清潔快速高效地合成聚羧酸接枝共聚物類高效超塑化劑，并通過引入丙烯酸羥酯類以及苯乙烯及其衍生物單體以調(diào)節(jié)共聚體的聚合活性，從而獲得性能更加優(yōu)異的水溶性接枝共聚物。該方法合成的共聚物有效改善了傳統(tǒng)加熱法合成的超塑化劑普遍存在的分子量分布寬，以及分散保持能力不佳的問題。采用本方法合成聚羧酸混凝土超塑化劑具有反應(yīng)速率快、低能耗、高效率、清潔環(huán)保等優(yōu)勢，采用本方法合成的聚羧酸混凝土超塑化劑具有低產(chǎn)量下分散性能佳，并且與不同水泥具有較好的適應(yīng)性。
[0006]實現(xiàn)本發(fā)明的目的方式如下:
[0007]在聚焦微波反應(yīng)容器中，在引發(fā)劑過硫酸鹽的作用下，將單體a、單體b，單體c在25°C~40°C，微波輻射功率為100W~250W作用下于水溶液中，共聚5~30min后用堿中和至Ph=6.5~7 ;上述在聚焦微波反應(yīng)容器裝置包括:試劑添加裝置、冷凝回流裝置、電動攪拌裝置、壓力控制裝置、高精度高頻光纖溫度控制系統(tǒng)以及聚焦微波反應(yīng)系統(tǒng)；所述的單體a為單體A與單體B中的一種或兩種，單體b為單體C與單體F中的一種或兩種，單體c為單體D、單體E與單體G中的兩種或幾種。
[0008]其中單體a中單體A與單體B的摩爾比為1:0~4.5或0:1~4.5 ;單體b中單體C與單體F的摩爾比為1:1~5 ;單體c中單體D、單體E與單體G的摩爾比為1:0.03:0.1~1: 0.6:0.4 ;或單體D與單體G摩爾比為17.5:1或29:1或單體D與單體E摩爾比為1.047:1~30:1 ;單體a、單體b與單體c的摩爾比為1:0.06:2~1:0.1:4 ;過硫酸鹽為濃度為2.78~18%的水溶液，其用量與單體a與c總摩爾量的比例范圍為:0.0073~0.0208。
[0009]其中單體A的結(jié)構(gòu)通式為:
[0010]
【權(quán)利要求】
1.一種采用微波輔助法制備聚羧酸接枝共聚物類高效超塑化劑的方法，其特征在于:包括如下合成步驟: 在聚焦微波反應(yīng)容器中，在引發(fā)劑過硫酸鹽的作用下，將單體a、單體b，單體c在25°C~40°C，微波輻射功率為IOOW~250W作用下于水溶液中，共聚5~30min后用堿中和至Ph=6.5~7 ;上述在聚焦微波反應(yīng)容器裝置包括:試劑添加裝置、冷凝回流裝置、電動攪拌裝置、壓力控制裝置、高精度高頻光纖溫度控制系統(tǒng)以及聚焦微波反應(yīng)系統(tǒng)；所述的單體a為單體A與單體B中的一種或兩種，單體b為單體C與單體F中的一種或兩種，單體c為單體D、單體E與單體G中的兩種或幾種。 其中單體A的結(jié)構(gòu)通式為:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種采用微波輔助法制備聚羧酸接枝共聚物類高效超塑化劑的方法，其特征在于:所述單體A為甲基烯丙基聚氧乙烯醚或甲基烯丙基聚氧丙烯醚，聚合度η為26~94。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種采用微波輔助法制備聚羧酸接枝共聚物類高效超塑化劑的方法，其特征在于:所述單體B為甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯或甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯，聚合度m為17~54。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種采用微波輔助法制備聚羧酸接枝共聚物類高效超塑化劑的方法，其特征在于:所述單體C為丙烯磺酸鈉、甲基丙烯磺酸鈉、甲代烯丙基磺酸或烯丙基磺酸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種采用微波輔助法制備聚羧酸接枝共聚物類高效超塑化劑的方法，其特征在于:所述單體D為丙烯酸或甲基丙烯酸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種采用微波輔助法制備聚羧酸接枝共聚物類高效超塑化劑的方法，其特征在于:所述單體E為丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯、丙烯酸羥丁酯。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種采用微波輔助法制備聚羧酸接枝共聚物類高效超塑化劑的方法，其特征在于:所述單體F為乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、正丁酸乙烯酯、乙酸異丙烯酯。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種采用微波輔助法制備聚羧酸接枝共聚物類高效超塑化劑的方法，其特征在于:所述單體G為苯乙烯、苯乙烯磺酸鈉。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種采用微波輔助法制備聚羧酸接枝共聚物類高效超塑化劑的方法,其特征在于:單體a中單體A與單體B的摩爾比為1:0~4.5或O:1~4.5。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種采用微波輔助法制備聚羧酸接枝共聚物類高效超塑化劑的方法，其特征在于:單體b中單體C與單體F的摩爾比為1:1~5。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種采用微波輔助法制備聚羧酸接枝共聚物類高效超塑化劑的方法，其特征在于:單體c中單體D、單體E與單體G的摩爾比為1:0.03:0.1~1: 0.6:0.4 ;或單體D與單體G摩爾比為17.5:1或29:1或單體D與單體E摩爾比為1.047:1 ~30:1。
12.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種采用微波輔助法制備聚羧酸超塑化劑制備方法，其特征在于:單體a、單體b與單體c的摩爾比為1:0.02:3~1:0.17:3.85。
13.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種采用微波輔助法制備聚羧酸接枝共聚物類高效超塑化劑的方法，其特征在于:所述的過硫酸鹽為濃度為2.78~18%的水溶液，其用量與單體a與c總摩爾量的比例范圍為:0.0073~0.0208。
14.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種采用微波輔助法制備聚羧酸接枝共聚物類高效超塑化劑的方法，其特征在于:所述的堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀、乙二胺與三乙醇胺中一種或幾種。
15.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種采用微波輔助法制備聚羧酸接枝共聚物類高效超塑化劑的的方法，其特征在于:所述的聚羧酸接枝共聚物類高效超塑化劑的聚合分散指數(shù)范圍為:1.1~4.5。
【文檔編號】C08F2/46GK103497285SQ201310503433
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月23日
【發(fā)明者】王棟民, 張力冉, 逄建軍, 王浩, 李娟 , 張述雄, 潘佳 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)(北京)