[发明专利]微波和超声波快速合成聚羧酸减水剂的方法

说明书

技术领域：

一种用微波超声波合成促进聚羧酸系水泥减水剂方法，属于有机合成技术领域。具体地说明是一种以过硫酸胺和次亚磷酸钠为引发剂，将下列3种原料：①单糖和低聚糖；②甲氧基聚乙二醇或聚乙二醇；③不饱和羧酸或不饱和酸酐加入反应器中，对苯二酚为阻聚剂，搅拌加热至70～120℃进行酯化反应，在微波和超声波辐射下合成聚羧酸，反应20min后取样测定接枝率，达到40～90％后停止反应得到酯化产物。 

背景技术：

聚羧酸系水泥减水剂是目前最有发展前景的新一代混凝土超塑化剂，由于它具有高减水、掺量低、高保坍性能、渐渐受到了混凝土界的广泛认同。系第一代第二代减水剂相比，聚羧酸系水泥减水剂具有以优点；①对水泥分子具有超分散性能，减水率大大超过普通减水剂，且混凝土流动性大，坍损小；②对凝胶材料的适应性强；③浇筑防水抗渗混凝土，对施工环境温度要求低；④能提高使用水泥粉煤灰及磨细矿渣的掺加量；⑤环保无毒。日美欧等国家在90年代中期已成功实现了聚羧酸水泥减水剂的工业化和应用；全国内京沪高铁，上海磁悬浮、东海大桥、苏通大桥等许多重要工程已使用这类减水剂。聚羧酸系减水剂分子一般由丙烯酸衍生物及其它烯类单体经水溶液体系聚合而获得共聚反应时间为6～8h。在微波和超声波辐射下只要2～3h。在共聚反应中，存在共聚工艺条件不易控制造成的共聚物不稳定等问题。 

发明内容：

微波和超声波化学是一门新的交叉学科。微波和超声波辐射代替常规加热方法进行化学反应具有内部加热、清洁、节能、体系易控制等优点。本发明技术方案是：单糖和低聚糖接枝聚羧酸高效减水剂，其特征在于它的化学结构通式表达为： 

其中，R为H或CH3； 

M为Na+或NH4+： 

S为单糖分子结构： 

X为酯基(-CO-O-)或醚键(-O-)； 

a、b、C、d、e、n均为整数。 

所述的磺酸基单体为甲基丙烯磺酸钠或丙基磺酸钠。所述的链转移剂为异丙醇。 

本发明的有益效果是： 

1、提供了一种新的制备聚羧酸高效减水剂来源： 

引入天然可降解的单糖和低聚糖原料，其原料来源广泛，并且可降低生产成本，同时兼具有一定的绿色环保功能。 

2、性能优良、稳定：减水剂分子结构中引入了天然单糖结构单元，在单糖和低聚糖结构中的多羟基能与水泥水化物表面的O和体系中的水形成氢键，这样就在水泥水化物的表面包覆了一层水膜，能起到润湿、润滑作用。另外，单糖与水化物络合包覆后，也可以有效的抑制水泥矿物的水化速度，起到良好的缓凝保坍作用。 

3、本发明所合成的聚羧酸减水剂产品在低掺量(0.3％)，低水灰比(0.3∶1)时初始净桨流动度可达245mm，2h净桨流动度的可达240m/m，且不产生离折现象。 

4、用微波引入频率300兆赫～30兆赫1000W进行快速加进，频率20000HZ进行搅拌，1000W合成的聚羧酸减水剂性能比普通化学合成的更好，且反应速度大大缩短。 

具体实施方式：

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明与常规加热的区别。 

常规加热法合成聚羧酸系水泥减水剂。 

将分子量为1000的聚乙二醇100.0g，葡萄糖10.4g和麦芽糖9.8g，催化剂对甲苯磺酸2.1g(原料总质量的1.5％)，阻聚剂对苯二酚0.14g(原料总质量的0.1％)加入四口烧瓶，搅拌加热升温，升温至80℃时将丙烯酸21.6g由一滴液漏斗滴加，反应9±0.5h后取样测酯化率为60.4％，停止反应，得到酯化产物。 

在反应器中加入甲基丙烯磺酸钠56.88g和链转移剂异丙醇10.0g以及225.84g的蒸馏水，加热至70℃，分别滴加酯化产物、47.56g丙烯酸、7.37g过硫酸铵溶于20g水得到的引发剂水溶液，在100min滴加完毕，反应5±0.5h后，冷却，用质量浓度为40％NaOH溶液调PH值至7.5；加水稀释至质量分数为20％，即得单糖接枝聚羧酸高效减水剂产品。 

实施例1：微波超声波快速合成聚羧酸减水剂