丙烯酰胺-脂肪酸乙烯酯接枝共聚物合成水泥分散剂的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种水泥混凝土用分散剂的技术领域，特别涉及到一种采用丙烯酰胺 类单体先自聚再和脂肪酸乙烯酯发生接枝共聚合，最后再醇解和水解成为梳状结构的水泥 分散剂的具体合成方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着建筑工业的快速发展，混凝土和水泥的用量不断增加，水泥分散剂已 成为建筑工业中非常的重要组分之一，其中聚羧酸减水剂由于其减水率高、保坍性能好，强 度增长快，适配性强等优点，成为了混凝土外加剂研宄开发的热点。然而合成聚羧酸减水剂 的重要大单体一一聚氧乙烯醚，其主要原料是环氧乙烷和环氧丙烷，原料种类太过单一，一 旦将来原料供应出现问题，将会直接影响到减水剂产业的生产，所以我们必须找到能够替 代环氧乙烷和环氧丙烷的新原料，减少减水剂产业对环氧乙烷和环氧丙烷的依赖，丰富水 泥分散剂的合成手段。
[0003] 随着高分子学科领域中分子结构设计方法的逐渐兴起，为我们合成理想结构的聚 合物分子结构提供了理论基础。我们设计的这种水泥分散剂采用更加廉价和更加多样的原 料，合成产物具有类似于聚羧酸减水剂的梳状结构，保证其具有良好的锚固吸附力和空间 位阻效应。该聚合物不仅具有传统梳状聚羧酸减水剂的各种性能，同时还具有廉价、不依赖 环氧乙/丙烷、原料多样化的优势，有着很广阔的应用价值。
[0004] 专利CN103864329A(公开日：2014年6月18日）报道了一种聚磺酸盐类减水剂， 在减水剂分子结构中引入大量磺酸基团，大大增加减水剂分子亲水能力。原料主要有甲基 丙烯醇聚氧乙烯醚，对苯乙烯磺酸钠，丙烯酰胺，丙烯酸（或甲基丙烯酸），过硫酸铵（或过 硫酸钾）。该发明具有更高的减水率及更好的适应性，减水率一般达到25%以上。但是该 发明方法的原料一个重要组成是聚醚，原料品种比较单一，一旦原料供应受到限制，将会很 大程度上影响减水剂的生产。
[0005] 专利CN104031218A(公开日：2014年9月10日）报道了一种长链聚羧酸减水剂， 以过硫酸铵为引发剂，由包括烯丙基聚乙二醇、聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、丙烯酸和丙 烯酰胺的单体共聚而成，其中烯丙基聚乙二醇占单体总质量的30~50%，聚乙二醇单甲醚 甲基丙烯酸酯占单体总质量的5~20%，丙烯酸占单体总质量的20~40%，丙烯酰胺占单 体总质量的1~10%，过硫酸铵用量占单体总质量的2. 5~10. 0%。该发明产品性能优 良，具有掺量低、减水率高、坍落度损失小、与水泥的适应能力强，大幅度提高混凝土的早期 和后期强度等优点。但是该发明的所用的两种大单体均为聚醚结构，生产所需原料都是环 氧乙烷，原料过于单一，不利于减水剂的生产应用。
[0006] 专利CN101698693(公开日2010年4月28日）报道了由甲基丙烯酸聚乙二醇单 酯、丙烯酰胺、马来酸酐、巯基乙醇、引发剂、消泡剂、碳酸氢钠等物质原料组成，其制备方法 包括通过酯化反应获得甲基丙烯酸聚乙二醇单酯以及通过对甲基丙烯酸聚乙二醇单酯进 行接枝共聚反应得到的聚羧酸系减水剂的工艺步骤。本发明的工艺简单、反应物料容易控 制、无环境污染，成本低，广品具有减水率尚、混凝土后期强度尚、引气性能低等优点，可有 效抑制混凝土塌落度的损失，解决了混凝土后期强度差的问题，经济效益和社会效益显著。 但是该发明的重要组成之一的甲基丙烯酸聚乙二醇单酯也是由环氧乙烷合成的，仍然受限 于环氧乙烷的供应，会影响到产品的生产应用。
[0007] 多数专利中描述的减水剂都已经具备良好的流动性、分散性等工作性能。然而，上 述制备方法中均有一定程度的不足之处，合成减水剂所用大单体均需要环氧乙烷或环氧丙 烷制得，原料品种太过单一，一旦环氧乙烷和环氧丙烷供应出现困难，现有的聚羧酸减水剂 的生产必然受到一定程度上的制约，进而波及到混凝土行业中，损失很大。所以，这就要求 尽快的找到探寻环氧乙烷和环氧丙烷的替代品，丰富原料的种类，并能起到它们在减水剂 结构中的作用，保持其优异性能，同时还能保证快捷的工艺操作和低廉的制备成本，易于工 业化生产，有关这方面工作国内外未见报道。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是提供一种丙烯酰胺-脂肪酸乙烯酯接枝共聚物合成水泥分散剂 的方法，通过先将丙烯酰胺单体聚合成聚丙烯酰胺，再与脂肪酸乙烯酯进行接枝共聚反应， 最后在碱性条件下进行醇解和水解反应，得到性能优异的水泥分散剂。本发明是从分子结 构设计理论出发，将脂肪酸乙烯酯接枝到聚丙烯酰胺主链上，得到一种类似于梳状结构的 水泥分散剂，从而起到减水作用。采用本方法合成的水泥分散剂具有很好的空间位阻效应， 可以有效地阻止水泥颗粒絮凝和水泥水化对流动性产生的不利影响，同时由于其原料的廉 价性，表现出比传统聚羧酸减水剂更加优异的应用价值和发展前景。
[0009] 本发明提供了一种丙烯酰胺-脂肪酸乙烯酯接枝共聚物合成水泥分散剂的方法， 其特征在于，通过先聚合再接枝后醇解和水解的方法合成水泥分散剂的条件和步骤如下：
[0010] (1)聚合反应：将水加入到反应器中，升温至50-95°C，加入分子量调节剂，再分别 滴加质量分数为20% -50%的丙烯酰胺水溶液和质量分数为5-50%的引发剂水溶液1-10 小时，滴加结束后继续恒温反应0. 5-5小时，减压蒸馏除去溶剂水，得到聚合产物聚丙烯酰 胺；
[0011] ⑵接枝共聚反应：将步骤⑴中得到的聚丙烯酰胺加入到反应器中，再加入有机 溶剂并搅拌，升温至50-KKTC，加入分子量调节剂，滴加脂肪酸乙烯酯和引发剂混合后的溶 液1-10小时，滴加结束后继续恒温反应1-5小时，反应结束后减压蒸馏除去有机溶剂，得到 接枝共聚物聚丙烯酰胺-g_聚脂肪酸乙烯酯；
[0012] (3)醇解反应：将步骤（2)中得到的接枝共聚物加入到醇溶剂中，升温至30-70 °C， 加入无机碱，醇解10-120分钟，醇解完成后减压蒸馏除去醇溶剂及副产物，干燥后得到聚 丙烯酰胺-g-聚乙烯醇；
[0013] (4)水解反应：将步骤（3)中的聚合物与水解所用水混合，升温至30-70 °C，加入无 机碱，水解10-120分钟，水解完成后减压蒸馏除去水溶剂及副产物，干燥后加入溶剂水，即 得到所需浓度的水泥分散剂溶液；
[0014] 步骤⑴中所述的加入水的用量与丙烯酰胺质量比为2-10:1 ;步骤⑴中所述的 分子量调节剂为巯基乙酸、巯基丙酸、甲基丙烯磺酸钠或异丙醇，用量与步骤（1)中所述的 丙烯酰胺摩尔比为0.01-0. 05:1 ;步骤（1)中所述的引发剂水溶液的溶质为过硫酸铵、过硫 酸钾或过硫酸钠，溶质用量与步骤（1)中所述的丙烯酰胺单体摩尔比为0.005-0. 05:1 ;
[0015] 步骤（2)所述的有机溶剂为乙酸或乙二醇，用量与步骤（1)所述的聚丙烯酰胺质 量比为5-50:1 ;步骤（2)所述的分子量调节剂为正十二烷基硫醇、异丙醇、巯基乙酸或巯基 丙酸，用量与脂肪酸乙烯酯摩尔比为0.001-0. 05:1 ;步骤（2)所述的脂肪酸乙烯酯为乙酸 乙烯酯、丙酸乙烯酯或丁酸乙烯酯，用量与步骤（1)中所述的丙烯酰胺的摩尔比为3-45:1 ; 步骤（2)中所述的引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二苯甲酰、过氧化苯甲酸 叔丁酯或过氧化二叔丁基，用量与步骤（1)中所述的丙烯酰胺的摩尔比为0. 1-0. 2:1 ;
[0016] 步骤⑶中所述的醇为甲醇、乙醇或丙醇，用量与步骤⑵中所述的脂肪酸乙烯酯 的摩尔比为2-5:1 ;步骤（3)中所述的无机碱为氢氧化钠或氢氧化钾，用量与醇的摩尔比为 0. 001-