本發(fā)明涉及混凝土外加劑技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種內(nèi)酰胺類(lèi)聚羧酸減水劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
聚羧酸減水劑由于具有摻量小、減水率高、保坍性能優(yōu)、堿含量及收縮率低等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于高速鐵路水電、核電等各類(lèi)工程的建設(shè)。21世紀(jì)的混凝土隨著建筑業(yè)的發(fā)展更加倡導(dǎo)資源節(jié)約與環(huán)境友好，預(yù)制混凝土技術(shù)在市政和建筑工程領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越廣，高架大跨度預(yù)應(yīng)力橋梁的質(zhì)量與外觀需要早強(qiáng)高強(qiáng)預(yù)制混凝土新技術(shù)加以保證。早期強(qiáng)度發(fā)展快，后期強(qiáng)度穩(wěn)定增加是預(yù)制混凝土行業(yè)關(guān)注的一項(xiàng)新技術(shù)。因此，在確?；炷磷罱K性能的條件下，提高混凝土早期強(qiáng)度的技術(shù)顯得越來(lái)越重要，需要進(jìn)一步研究適合預(yù)制構(gòu)件用的早強(qiáng)型混凝土外加劑新技術(shù)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述需求，提供一種含有內(nèi)酰胺類(lèi)官能團(tuán)的內(nèi)酰胺類(lèi)聚羧酸減水劑及其制備方法，提高混凝土的粘聚性。
一方面，本發(fā)明提供一種內(nèi)酰胺類(lèi)聚羧酸減水劑，其由單體A、單體B和單體C經(jīng)共聚而制得，其中單體A的結(jié)構(gòu)如式(Ⅰ)所示，單體B的結(jié)構(gòu)如式(Ⅱ)所示，單體C的結(jié)構(gòu)如式(Ⅲ)所示，單體A、單體B和單體C的摩爾比為(1～5)：(10～50)：(5～30)，
其中，R1、R2和R3為H或C1-C6烷基，R4為C1-C8亞烷基，M為H或者Na，d為1-4的整數(shù)，e為30～120的整數(shù)。
在本發(fā)明的內(nèi)酰胺類(lèi)聚羧酸減水劑的一個(gè)實(shí)施方式中，R1為C2-C5烷基，R2和R3為C1-C3烷基，R4為C1-C5亞烷基，d為1-3的整數(shù)，e為35～50的整數(shù)。
在本發(fā)明的內(nèi)酰胺類(lèi)聚羧酸減水劑的另一個(gè)實(shí)施方式中，所述內(nèi)酰胺類(lèi)聚羧酸減水劑的結(jié)構(gòu)如式(Ⅳ)所示，
在本發(fā)明的內(nèi)酰胺類(lèi)聚羧酸減水劑的另一個(gè)實(shí)施方式中，所述內(nèi)酰胺類(lèi)聚羧酸減水劑的重均分子量為30000～50000。
另一方面，本發(fā)明提供上述內(nèi)酰胺類(lèi)聚羧酸減水劑的制備方法，包括以下步驟：
將單體A與去離子水配置成水溶液，作為1#料；
將單體B與去離子水配置成水溶液，作為2#料；
將引發(fā)劑和鏈轉(zhuǎn)移劑與去離子水配置成水溶液，作為3#料；
將單體C與去離子水配置成質(zhì)量濃度為30％～60％的水溶液，投料進(jìn)反應(yīng)容器中，之后將反應(yīng)容器置入微波反應(yīng)器中，緩慢升溫至40～70℃；
向反應(yīng)容器中滴加2#料和3#料，滴加時(shí)間為3～8小時(shí)，滴加完成1～2.5小時(shí)后再滴加1#料，滴加時(shí)間為4～10小時(shí)，之后保溫2～8小時(shí)，聚合反應(yīng)完成后得到所述內(nèi)酰胺類(lèi)聚羧酸減水劑。
在本發(fā)明的制備方法的一個(gè)實(shí)施方式中，所述引發(fā)劑為過(guò)硫酸銨、過(guò)氧化氫、叔丁基過(guò)氧化氫、抗壞血酸和硫酸亞鐵中的一種或幾種的混合物，按質(zhì)量計(jì)，其用量為單體C的0.01～5％。
在本發(fā)明的制備方法的另一個(gè)實(shí)施方式中，所述鏈轉(zhuǎn)移劑為乙醇、巰基乙醇和3-巰基丙酸中的一種或幾種的混合物，按質(zhì)量計(jì)，其用量為單體C的0.001～5％。
在本發(fā)明的制備方法的另一個(gè)實(shí)施方式中，還包括在聚合反應(yīng)完成后加入去離子水使所述內(nèi)酰胺類(lèi)聚羧酸減水劑的固含量為30％～50％。
本發(fā)明的內(nèi)酰胺類(lèi)聚羧酸減水劑含有內(nèi)酰胺類(lèi)官能團(tuán)，可有效提高水泥的水化速度，提升混凝土的早期強(qiáng)度；同時(shí)提高了分子之間的位阻，提高了混凝土的粘聚性，對(duì)混凝土的和易性及后期強(qiáng)度有明顯的促進(jìn)作用。此外，本發(fā)明的制備方法對(duì)壞境友好，不產(chǎn)生廢水廢氣物，使用的原料單體來(lái)源廣泛，成本較低，對(duì)混凝土外加劑和混凝土行業(yè)的發(fā)展都具有重要意義。
具體實(shí)施方式
下面根據(jù)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于以下實(shí)施例，列舉這些實(shí)例僅出于示例性目的而不以任何方式限制本發(fā)明。
本發(fā)明提供一種內(nèi)酰胺類(lèi)聚羧酸減水劑，其由單體A、單體B和單體C經(jīng)無(wú)規(guī)共聚而制得，其中單體A的結(jié)構(gòu)如式(Ⅰ)所示，單體B的結(jié)構(gòu)如式(Ⅱ)所示，單體C的結(jié)構(gòu)如式(Ⅲ)所示，單體A、單體B和單體C的摩爾比為(1～5)：(10～50)：(5～30)，
式(Ⅰ)中，R1為H或C1-C6烷基(即碳原子數(shù)為1～6的烷基)，優(yōu)選為C2-C5烷基；d為1～4的整數(shù)，優(yōu)選為1～3。
式(Ⅱ)中，R2為H或C1-C6烷基，優(yōu)選為C1-C3烷基；M為H或者Na。
式(Ⅲ)中，R3為H或C1-C6烷基，優(yōu)選為C1-C3烷基；R4為C1-C8亞烷基，優(yōu)選為C1-C5亞烷基；e為30～120的整數(shù)，優(yōu)選為35～50。
本發(fā)明的內(nèi)酰胺類(lèi)聚羧酸減水劑為內(nèi)酰胺類(lèi)梳型聚羧酸減水劑，一種結(jié)構(gòu)如式(Ⅳ)所示，
本發(fā)明的內(nèi)酰胺類(lèi)聚羧酸減水劑的重均分子量為30000～50000。
本發(fā)明的內(nèi)酰胺類(lèi)聚羧酸減水劑引入了內(nèi)酰胺類(lèi)官能團(tuán)，這類(lèi)基團(tuán)能顯著增強(qiáng)聚羧酸減水劑的粘聚性，對(duì)混凝土的和易性及后期強(qiáng)度有明顯的促進(jìn)作用。
本發(fā)明還提供上述內(nèi)酰胺類(lèi)聚羧酸減水劑的制備方法，包括：
將單體A與去離子水配置成水溶液，作為1#料；
將單體B與去離子水配置成水溶液，作為2#料；
將引發(fā)劑和鏈轉(zhuǎn)移劑與去離子水配置成水溶液，作為3#料；
在常溫下，將單體C與去離子水配置成質(zhì)量濃度為30％～60％的水溶液，一次性投料進(jìn)反應(yīng)容器(例如，燒瓶)中，氮?dú)庵脫Q三次后密封，之后將反應(yīng)容器置入微波反應(yīng)器中，緩慢升溫至40～70℃；
向反應(yīng)容器中同時(shí)滴加2#料和3#料，滴加時(shí)間為3～8小時(shí)，2#料和3#料滴加1～2.5小時(shí)后再滴加1#料，滴加時(shí)間為4～10小時(shí)，滴加完成后，保溫2～8小時(shí)，并且使單體A、B和C之間的摩爾比為(1～5)：(10～50)：(5～30)，最后補(bǔ)一定量的去離子水使內(nèi)酰胺類(lèi)聚羧酸減水劑的固含量為30％～50％，即可得到上述的內(nèi)酰胺類(lèi)聚羧酸減水劑。
本發(fā)明對(duì)于1#、2#、3#料的濃度沒(méi)有限制，只需整體滿(mǎn)足各單體的上述比例即可。
本發(fā)明所用的引發(fā)劑為過(guò)硫酸銨、過(guò)氧化氫、叔丁基過(guò)氧化氫、抗壞血酸和硫酸亞鐵中的一種或幾種的混合物，按質(zhì)量計(jì)，其用量為單體C的0.01～5％。
本發(fā)明所用的鏈轉(zhuǎn)移劑為乙醇、巰基乙醇和3-巰基丙酸中的一種或幾種的混合物，按質(zhì)量計(jì)，其用量為單體C的0.001～5％。
本發(fā)明的制備方法對(duì)壞境友好，不產(chǎn)生廢水廢氣物，使用的原料單體來(lái)源廣泛，成本較低，對(duì)混凝土外加劑和混凝土行業(yè)的發(fā)展都具有重要意義。
除非另作限定，本發(fā)明所用術(shù)語(yǔ)均為本領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解的含義。
以下通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例1
將3g乙烯基吡咯烷酮，5g去離子水配置成水溶液，記為1#料。
將8g丙烯酸與10g水配置成水溶液，記為2#料。
將1.4g過(guò)硫酸銨、1g巰基丙酸和20g水配置成水溶液，記為3#料。
將70g甲基丁烯醇聚氧乙烯醚和70g去離子水裝入燒瓶?jī)?nèi)溶解，氮?dú)庵脫Q三次后密封置入微波反應(yīng)器中，攪拌并緩慢升溫至60℃。
向燒瓶中同時(shí)滴加2#料和3#料，滴加時(shí)間5小時(shí)。2#料和3#料滴加1小時(shí)后開(kāi)始滴加1#料，滴加時(shí)間4小時(shí)。
滴加完成后補(bǔ)充去離子水15g，即得到內(nèi)酰胺類(lèi)聚羧酸減水劑。
實(shí)施例2
將5gN,N-乙烯基己內(nèi)酰胺，5g去離子水配置成水溶液，記為1#料。
將5g丙烯酸與8g水配置成水溶液，記為2#料。
將1.3g過(guò)硫酸銨、1.3g巰基丙酸和15g水配置成水溶液，記為3#料。
將80g烯丙醇聚氧乙烯醚和70g去離子水裝入燒瓶?jī)?nèi)溶解，氮?dú)庵脫Q三次后密封置入微波反應(yīng)器中，攪拌并緩慢升溫至70℃。
向燒瓶中同時(shí)滴加2#料和3#料，滴加時(shí)間4小時(shí)。2#料和3#料滴加1小時(shí)后開(kāi)始滴加1#料，滴加時(shí)間4小時(shí)。
滴加完成后補(bǔ)充去離子水30g，即得到內(nèi)酰胺類(lèi)聚羧酸減水劑。
實(shí)施例3
將5g丙烯基吡咯烷酮，5g去離子水配置成水溶液，記為1#料。
將6g丙烯酸與10g水配置成水溶液，記為2#料。
將0.9g過(guò)硫酸銨、0.9g巰基乙酸和30g水配置成水溶液，記為3#料。
將75g甲基丁烯醇聚氧乙烯醚和70g去離子水裝入燒瓶?jī)?nèi)溶解，氮?dú)庵脫Q三次后密封置入微波反應(yīng)器中，攪拌并緩慢升溫至65℃。
向燒瓶中同時(shí)滴加2#料和3#料，滴加時(shí)間5.5小時(shí)。2#料和3#料滴加1小時(shí)后開(kāi)始滴加1#料，滴加時(shí)間4小時(shí)。
滴加完成后補(bǔ)充去離子水15g，即得到內(nèi)酰胺類(lèi)聚羧酸減水劑。
實(shí)施例4
將6g乙烯基吡咯烷酮，10g去離子水配置成水溶液，記為1#料。
將10g甲基丙烯酸與20g水配置成水溶液，記為2#料。
將1.35g過(guò)硫酸銨、1g巰基乙酸和20g水配置成水溶液，記為3#料。
將80g甲基丁烯醇聚氧乙烯醚和65g去離子水裝入燒瓶?jī)?nèi)溶解，氮?dú)庵脫Q三次后密封置入微波反應(yīng)器中，攪拌并緩慢升溫至60℃。
向燒瓶中同時(shí)滴加2#料和3#料，滴加時(shí)間5小時(shí)。2#料和3#料滴加1小時(shí)后開(kāi)始滴加1#料，滴加時(shí)間4小時(shí)。
滴加完成后補(bǔ)充去離子水25g，即得到內(nèi)酰胺類(lèi)聚羧酸減水劑。
實(shí)施例5
將5g乙烯基吡咯烷酮，8g去離子水配置成水溶液，記為1#料。
將8g丙烯酸與15g水配置成水溶液，記為2#料。
將1.5g過(guò)硫酸銨、1.1g巰基丙酸和30g水配置成水溶液，記為3#料。
將78g甲基烯丙醇聚氧乙烯醚和70g去離子水裝入燒瓶?jī)?nèi)溶解，氮?dú)庵脫Q三次后密封置入微波反應(yīng)器中，攪拌并緩慢升溫至60℃。
向燒瓶中同時(shí)滴加2#料和3#料，滴加時(shí)間3小時(shí)。2#料和3#料滴加1小時(shí)后開(kāi)始滴加1#料，滴加時(shí)間4小時(shí)。
滴加完成后補(bǔ)充去離子水10g，即得到內(nèi)酰胺類(lèi)聚羧酸減水劑。
比較例1
將10g丙烯酸與10g水配置成水溶液，記為2#料。
將1.4g過(guò)硫酸銨、1.2g巰基丙酸和20g水配置成水溶液，記為3#料。
將80g甲基丁烯醇聚氧乙烯醚和70g去離子水裝入燒瓶?jī)?nèi)溶解，氮?dú)庵脫Q三次后密封置入微波反應(yīng)器中，攪拌并緩慢升溫至60℃。
向燒瓶中同時(shí)滴加2#料和3#料，滴加時(shí)間5小時(shí)。滴加完成后補(bǔ)充去離子水15g，即得到對(duì)比減水劑。
應(yīng)用例
按照GB8076-2008《混凝土外加劑》中測(cè)定方法，比較本發(fā)明中的內(nèi)酰胺類(lèi)聚羧酸減水劑(實(shí)施例1～5)與普通聚羧酸減水劑(比較例1)的應(yīng)用性能，減水劑折固摻量為0.2％，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。
表1性能測(cè)試結(jié)果
從表1可以看出，在相同摻量的條件下，本發(fā)明實(shí)施例1-5的內(nèi)酰胺類(lèi)聚羧酸減水劑和普通聚羧酸減水劑相比，混凝土的和易性及后期強(qiáng)度有明顯的提升。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)注意的是，本發(fā)明所描述的實(shí)施方式僅僅是示范性的，可在本發(fā)明的范圍內(nèi)作出各種其他替換、改變和改進(jìn)。因而，本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式，而僅由權(quán)利要求限定。