一種增強型抗泥劑及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種式(I)所示化合物結(jié)構(gòu)通式的增強型抗泥劑，本發(fā)明專利技術(shù)還公開了所述抗泥劑的制備方法，是將環(huán)糊精酯化得到星形引發(fā)劑，引發(fā)陽離子單體(甲基)丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨和親水性單體(甲基)丙烯酸羥基乙酯的原子轉(zhuǎn)移自由基聚合，得到(甲基)丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨和(甲基)丙烯酸羥基乙酯的共聚物，進一步處理后得到固含量為20％的抗泥劑。本發(fā)明專利技術(shù)制備的抗泥劑與工業(yè)聚羧酸減水劑復(fù)配，可有效提高減水劑對泥土的適應(yīng)性，滿足較高的施工要求。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種抗泥劑及其制備方法，尤其涉及一種增強型抗泥劑及其制備方法，屬于建筑材料中混凝土外加劑

技術(shù)介紹
聚羧酸減水劑具有摻量低、減水率高、保坍性能好、分子結(jié)構(gòu)可調(diào)性強、高性能化潛力大等優(yōu)點，成為第三代高性能混凝土減水劑。但是，聚羧酸減水劑在實際應(yīng)用中也面臨許多技術(shù)難題，其中對粘土的高度敏感性最為突出。為避免集料含泥量高對混凝土造成的負效應(yīng)，目前常用的解決措施主要是對含泥量高的集料進行沖洗或超量摻加減水劑。但是，沖洗時會損害集料級配，還會增加工序，影響施工工期；超摻減水劑通常會使混凝土初始出現(xiàn)泌水和離析，且增加成本。沙石材料中的泥土主要為蒙脫石土和高嶺土，具有較高的比表面積和層狀結(jié)構(gòu)，使其優(yōu)先于水泥吸附減水劑和自由水，從而導(dǎo)致混凝土的坍落度損失大、流變性差、耐久性和強度下降等問題。水泥水化顆粒表面主要帶正電荷，而泥土顆粒表面帶負電荷，因此在聚羧酸減水劑中摻加含陽離子的組分，通過靜電吸附，可形成對泥土顆粒的“包覆”作用，起到良好的抗泥效果，與小分子陽離子化合物相比，陽離子聚合物作為抗泥劑具有獨特優(yōu)勢。抗泥劑本身的分子構(gòu)型對抗泥效果的影響也受到廣泛關(guān)注。星形聚合物的分子內(nèi)含有大量的短支鏈，分子間纏繞少，分子間作用力小，其特性粘度遠小于線性分子；星形聚合物具有三維球狀結(jié)構(gòu)，且分子間無纏繞，因此空間體積較同分子量的線性聚合物更大，具有更強的空間位阻作用，具有星形結(jié)構(gòu)的抗泥劑有較高的適應(yīng)性和“分散”作用。將空間位阻較大的分子或基團引入抗泥劑可對泥土層間產(chǎn)生有效的“阻隔”作用，可以有效減少聚羧酸減水劑和抗泥劑進入泥土層間的量，也可較好地解決聚羧酸減水劑對泥土的適應(yīng)性問題。β-環(huán)糊精(β-CD)分子結(jié)構(gòu)略呈錐形，錐腔外存在大量羥基而顯親水性，錐腔內(nèi)呈疏水性，其分子量為1135，空間直徑為0.8nm，空穴深度約為0.7～0.8nm，具有顯著的空間位阻效應(yīng)。將環(huán)糊精作為功能性基團引入抗泥劑可產(chǎn)生良好效果。但目前檢索的結(jié)果是：大多數(shù)專利描述的抗泥劑主要通過調(diào)節(jié)自身組分含量或與聚羧酸減水劑復(fù)配達到抗泥效果，很少有通過分子結(jié)構(gòu)設(shè)計改變聚合物結(jié)構(gòu)或采用新的聚合方法實現(xiàn)其優(yōu)良應(yīng)用性能的。
技術(shù)實現(xiàn)思路
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專利技術(shù)要解決的問題是提供一種增強型抗泥劑及其制備方法。本專利技術(shù)所述增強型抗泥劑，其特征在于：該抗泥劑是式(I)所示結(jié)構(gòu)通式的化合物：其中：R1，R2，R3或R4＝H或CH3；m表示聚合度，x，y表示單體的摩爾百分數(shù)，x＝70～100％，y＝0～30％。本專利技術(shù)所述增強型抗泥劑的制備方法，是將β-環(huán)糊精酯化得到星形引發(fā)劑，引發(fā)陽離子單體(甲基)丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨和親水性單體(甲基)丙烯酸羥基乙酯的原子轉(zhuǎn)移自由基聚合，得到(甲基)丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨和(甲基)丙烯酸羥基乙酯的共聚物，進一步處理后得到固含量為20％的抗泥劑。其具體步驟如下：(1)星形引發(fā)劑的制備：將β-環(huán)糊精與鹵代酰鹵在冰水浴下混合攪拌反應(yīng)60～120min后，在室溫下再攪拌反應(yīng)24小時，反應(yīng)結(jié)束后將反應(yīng)液在石油醚中沉淀，即得星形引發(fā)劑，其中β-環(huán)糊精與鹵代酰鹵的摩爾比為1:(7～15)，鹵代酰鹵為2-溴異丁酰溴、2-溴丙酰溴或溴乙酰溴；(2)抗泥劑的制備：將步驟(1)得到的星形引發(fā)劑與(甲基)丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨和(甲基)丙烯酸羥基乙酯溶于二甲基亞砜(DMSO)中，除氧后再加入催化劑和配體，在氮氣氣氛下于60～90℃反應(yīng)5～10h；透析除去殘留的單體和其它雜質(zhì)，得到星形(甲基)丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨和(甲基)丙烯酸羥基乙酯共聚物，并調(diào)節(jié)得到固含量為20％，即制得增強型抗泥劑；其中，所述的星形引發(fā)劑、(甲基)丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、(甲基)丙烯酸羥基乙酯、催化劑和配體的摩爾比為1:(50～300):(10～100):(1～15):(1～15)；所述催化劑為CuBr(溴化亞銅)或CuCl(氯化亞銅)；所述配體為PMDETA(五甲基二乙烯三胺)、Me6TREN(三[2-(二甲氨基)乙基]胺)或bpy(聯(lián)吡啶)。上述增強型抗泥劑的制備方法中：步驟(2)所述的星形引發(fā)劑、(甲基)丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、(甲基)丙烯酸羥基乙酯、催化劑和配體的摩爾比優(yōu)選為1:(60～100):(10～50):(1～10):(1～10)。進一步的，所述星形引發(fā)劑、(甲基)丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、(甲基)丙烯酸羥基乙酯、催化劑和配體的摩爾比最優(yōu)選1:80:20:7:7。上述增強型抗泥劑的制備方法中：步驟(2)所述催化劑優(yōu)選CuBr(溴化亞銅)；所述配體優(yōu)選PMDETA(五甲基二乙烯三胺)。本專利技術(shù)以環(huán)糊精酯化產(chǎn)物為引發(fā)劑，利用活性聚合技術(shù)制備分子結(jié)構(gòu)可控的增強型抗泥劑，提供了一種制備抗泥劑的新方法，與工業(yè)聚羧酸減水劑復(fù)配，可有效提高聚羧酸減水劑對泥土的適應(yīng)性，滿足較高的施工要求，具有良好的應(yīng)用前景。本專利技術(shù)的有益效果是：1.本專利技術(shù)采用ATRP技術(shù)，得到的抗泥劑結(jié)構(gòu)規(guī)整，分子量可控，分子量分布窄；2.本專利技術(shù)制備的抗泥劑為星形拓撲結(jié)構(gòu)，可提高抗泥劑自身的分散性和對泥土的吸附能力；其中陽離子組分對泥土顆粒的包覆作用形成“保護層”，可有效抑制泥土對聚羧酸減水劑的吸附，提高混凝土的分散性；3.與小分子相比，β-環(huán)糊精本身具有較大空間位阻，通過“阻隔”作用，使以β-環(huán)糊精為核的抗泥劑很難進入泥土的層間，同時對泥土層間形成“封堵”作用，有效抑制泥土對的聚羧酸減水劑的吸附，進一步提高了減水劑對泥土的適應(yīng)性。具體實施方式下面通過給出的具體實施例可以進一步理解本專利技術(shù)，但下述實施例并不是對本專利技術(shù)保護范圍的限定。實施例1：(1)星形引發(fā)劑的制備將β-環(huán)糊精(11.35g，0.01mo)溶于60mL無水N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，加入到100mL三口瓶中，然后加入三乙胺(7.07g，0.07mol)作為質(zhì)子吸收劑。氮氣氣氛下在冰水浴中攪拌0.5h。將2-溴異丁酰溴(16.1g，0.07mol)溶于10mL無水DMF，然后加入恒壓滴液漏斗中，逐滴滴加到三口瓶中。滴加完畢后，氮氣氣氛下于室溫反應(yīng)24h。反應(yīng)結(jié)束后將反應(yīng)液過濾，將濾液置于分液漏斗中，先用飽和碳酸氫鈉溶液洗滌除去殘留的三乙胺鹽，再用去離子水洗至中性，通過旋蒸除去大部分溶劑后滴加至冷乙醚中沉淀，過濾、洗滌、溶解、再沉淀、再過濾、再洗滌，重復(fù)三次，50℃下真空干燥過夜，即得到含端基溴的星形引發(fā)劑。(2)抗泥劑的制備將步驟(1)得到的星形引發(fā)劑(0.01mol)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(0.8mol)和甲基丙烯酸羥基乙酯(0.2mol)，溶于二甲亞砜(DMSO)中，混合攪拌均勻。在氮氣保護下，經(jīng)過冷凍-抽氣-融化循環(huán)三次除氧，再加入PMDETA0.07mol和CuBr0.07mol，使星形引發(fā)劑、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、甲基丙烯酸羥基乙酯、配體、催化劑的摩爾比為1:80:20:7:7，70℃下反應(yīng)10h。將反應(yīng)產(chǎn)物置于透析袋中，用去離子水中透析36小時(每隔12h換水一次)。將透析袋中剩余溶液濃縮，得到固含量為20％的抗泥劑，命名為P1。(3)減水率測試參照GB8077-2000《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法》，市售聚羧酸減水劑固摻量為水泥質(zhì)量的0.1％、水灰比為0.29時，凈漿流動度為273mm(本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種增強型抗泥劑，其特征在于：所述抗泥劑是式(I)所示結(jié)構(gòu)通式的化合物：?其中：R1，R2，R3或R4＝H或CH3；m表示聚合度，x，y表示單體的摩爾百分數(shù)，x＝70～100％，y＝0～30％。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種增強型抗泥劑，其特征在于：所述抗泥劑是式(I)所示結(jié)構(gòu)通式的化合物：其中：R1，R2，R3或R4＝H或CH3；m表示聚合度，x，y表示單體的摩爾百分數(shù)，x＝70～100％，y＝0～30％。2.權(quán)利要求1所述增強型抗泥劑的制備方法，步驟是：(1)星形引發(fā)劑的制備：將β-環(huán)糊精與鹵代酰鹵在冰水浴下混合攪拌反應(yīng)60～120min后，在室溫下再攪拌反應(yīng)24小時，反應(yīng)結(jié)束后將反應(yīng)液在石油醚中沉淀，即得星形引發(fā)劑，其中β-環(huán)糊精與鹵代酰鹵的摩爾比為1:(7～15)，鹵代酰鹵為2-溴異丁酰溴、2-溴丙酰溴或溴乙酰溴；(2)抗泥劑的制備：將步驟(1)得到的星形引發(fā)劑與(甲基)丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨和(甲基)丙烯酸羥基乙酯溶于二甲基亞砜(DMSO)中，除氧后再加入催化劑和配體，在氮氣氣氛下于60～90℃反應(yīng)5～10h；透析除去殘留的單體和其它雜質(zhì)，得到星形(甲基)丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨和(甲基)丙烯酸羥基乙酯共聚物，并調(diào)節(jié)得到固含量為20％，即制得增強型抗泥劑；其中，所述的星形引發(fā)劑...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：唐新德，徐大舉，胡秀穎，龐來學，韓念風，王可良，楊月青，
申請(專利權(quán))人：山東交通學院，
類型：發(fā)明
國別省市：山東;37