一种聚醚基马来酰亚胺类共聚物及其在混泥土添加剂中的应用
本发明是中国专利“一种混凝土添加剂及其制备方法”的分案申请，申请日为2018年5月23日，申请号为201810503240.1。
技术领域
本发明涉及混凝土外加剂技术领域，尤其涉及一种聚醚基马来酰亚胺类共聚物及其在混泥土添加剂中的应用。
背景技术
混凝土是当代最主要的土木工程材料之一，简称为“砼”，是由胶凝材料将集料胶结成整体的一种工程复合材料。最常见的混凝土是以水泥作胶凝材料，砂、石作集料；与水、添加剂按一定比例配合，经搅拌而得的水泥混凝土，也称普通混凝土。其中，添加剂是保证混凝土优异的和易性、强度和耐久性的必不可少的成分之一，其能有效地改善和调节混凝土的性能。
混凝土添加剂种类很多，如用来改善混凝土拌合物流变性能的减水剂、引气剂和泵送剂，用来调节混凝土凝结时间、硬化性能的缓凝剂、早强剂和速凝剂等，用来改善混凝土耐久性的引气剂、防水剂和阻锈剂，用来改善混凝土其它性能的加气剂、膨胀剂、着色剂、防冻剂、防水剂和泵送剂等。这些添加剂对改善混凝土的性能，提高建筑工程质量具有积极作用。但现有技术中的这些添加剂功能单一，需要同时添加大量的各种不同重量的添加剂才能得到综合性能优异的混凝土，然而大量添加剂的添加会由于粘结性问题导致对混凝土凝结时间、早晚期强度不同程度的负面影响。另外现有技术中的添加剂或多或少存在减水效果差、掺量大、增塑效果不好、易变质的缺陷。
因此，开发一种价格低廉、掺量少、增塑效果显著、可明显增大混凝土的坍落度，改善混凝土粘聚性及和易性的混凝土添加剂符合市场需求，具有广泛的市场价值和应用前景。
发明内容
为了克服现有技术中的缺陷，本发明提供一种混凝土添加剂及其制备方法，其制备方法简单易行，具有较高的减水率，能够提高混凝土的强度、耐久性和抗融冻性，掺量少、增塑效果显著、可明显增大混凝土的坍落度，改善混凝土粘聚性及和易性，价格低廉，且与混凝土适应性好。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种混凝土添加剂，由以下重量份的组分制成：聚醚基马来酰亚胺类共聚物100份，海藻酸钠10-15份，改性硅灰石粉1-5份。
进一步地，所述聚醚基马来酰亚胺类共聚物是由聚乙二醇单烯丙基醚、呋喃并[3,4-d]-1,3-二氧杂环戊烯-2,4,6-三酮、4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸、马来酰亚胺-三(乙烯乙二醇)-丙酸通过自由基聚合制备得到。
优选地，所述聚醚基马来酰亚胺类共聚物的制备方法，包括如下步骤：将聚乙二醇单烯丙基醚、呋喃并[3,4-d]-1,3-二氧杂环戊烯-2,4,6-三酮、4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸、马来酰亚胺-三(乙烯乙二醇)-丙酸、引发剂加入高沸点溶剂中，在氮气或惰性气体氛围下，60-70℃下搅拌反应3-5小时，后旋蒸除去高沸点溶剂，得到聚醚基马来酰亚胺类共聚物。
较佳地，所述聚乙二醇单烯丙基醚、呋喃并[3,4-d]-1,3-二氧杂环戊烯-2,4,6-三酮、4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸、马来酰亚胺-三(乙烯乙二醇)-丙酸、引发剂、高沸点溶剂的质量比为1:0.5:1:1:(0.02-0.04):(8-12)。
较佳地，所述引发剂选自异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢、过氧化环己酮、过氧化二碳酸二环己酯、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的一种或几种。
较佳地，所述惰性气体选自氦气、氖气、氩气中的一种或几种。
较佳地，所述高沸点溶剂选自二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种。
优选地，所述改性硅灰石粉的制备方法，包括如下步骤：将硅灰石粉分散于乙醇中，再加入偶联剂，在40-60℃下搅拌反应3-5小时，后离心，置于真空干燥箱70-80℃下烘15-18小时，得到改性硅灰石粉。
较佳地，所述硅灰石粉、乙醇、偶联剂的质量比为(3-5):10:(0.03-0.05)。
较佳地，所述偶联剂选自硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH570中的一种或几种。
优选地，所述混凝土添加剂的制备方法，包括如下步骤：将各组分加入高速混合器中混合均匀得到混合料，然后将混合料加入球磨机粉磨20-30分钟后出料，得到混凝土添加剂。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
1)本发明提供的混凝土添加剂的制备方法，工艺简单以操作，对设备和反应条件不苛刻，适合大规模工业化生产。
2)本发明提供的混凝土添加剂，克服了现有技术中传统混凝土添加剂性能单一、改善混凝土性能效果不显著、增塑性差、掺量大、易变质的技术问题，具有价格低廉，功能多，能够提高混凝土的强度、耐久性和抗融冻性，掺量少、增塑效果显著、可明显增大混凝土的坍落度，改善混凝土粘聚性及和易性，且与混凝土适应性好、不会给混凝土本体性能带来负面影响的优点。
3)本发明提供的混凝土添加剂，通过各组分合理的配伍，使得混凝土综合性能优异，添加改性改性硅灰石粉和海藻酸钠，提高了混凝土的减水效率、流动性，减少了坍落损失和表面收缩和裂缝，提高混凝土了抗渗性和耐久性，全面提高混凝土的综合性能。
4)本发明提供的混凝土添加剂，通过各组分合理的配伍，使得其同时具备减水剂、引气剂、泵送剂、缓凝剂、早强剂、速凝剂、防水剂和阻锈剂、防冻剂、助磨剂的功能，有效避免了因为大量不同重量和功能的添加剂混配时引起的对混凝土凝结时间、早晚期强度的负面影响。
具体实施方式
为了使本技术领域人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述特征、目的以及优点更加清晰易懂，下面结合实施例对本发明做进一步的说明。实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本发明下述实施例中所述原料来自于上海泉昕进出口贸易有限公司。
实施例1
一种混凝土添加剂，由以下重量份的组分制成：聚醚基马来酰亚胺类共聚物100份，海藻酸钠10份，改性硅灰石粉1份。
所述聚醚基马来酰亚胺类共聚物是由聚乙二醇单烯丙基醚、呋喃并[3,4-d]-1,3-二氧杂环戊烯-2,4,6-三酮、4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸、马来酰亚胺-三(乙烯乙二醇)-丙酸通过自由基聚合制备得到。
所述聚醚基马来酰亚胺类共聚物的制备方法，包括如下步骤：将聚乙二醇单烯丙基醚10g、呋喃并[3,4-d]-1,3-二氧杂环戊烯-2,4,6-三酮5g、4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸10g、马来酰亚胺-三(乙烯乙二醇)-丙酸10g、异丙苯过氧化氢0.2g加入二甲亚砜80g中，在氮气氛围下，60℃下搅拌反应3小时，后旋蒸除去二甲亚砜，得到聚醚基马来酰亚胺类共聚物。
所述改性硅灰石粉的制备方法，包括如下步骤：将硅灰石粉30g分散于乙醇100g中，再加入硅烷偶联剂KH550%200.3g，在40℃下搅拌反应3小时，后离心，置于真空干燥箱70℃下烘15小时，得到改性硅灰石粉。
所述混凝土添加剂的制备方法，包括如下步骤：将各组分加入高速混合器中混合均匀得到混合料，然后将混合料加入球磨机粉磨20分钟后出料，得到混凝土添加剂。
实施例2
一种混凝土添加剂，由以下重量份的组分制成：聚醚基马来酰亚胺类共聚物100份，海藻酸钠12份，改性硅灰石粉2份。
所述聚醚基马来酰亚胺类共聚物是由聚乙二醇单烯丙基醚、呋喃并[3,4-d]-1,3-二氧杂环戊烯-2,4,6-三酮、4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸、马来酰亚胺-三(乙烯乙二醇)-丙酸通过自由基聚合制备得到。
所述聚醚基马来酰亚胺类共聚物的制备方法，包括如下步骤：将聚乙二醇单烯丙基醚10g、呋喃并[3,4-d]-1,3-二氧杂环戊烯-2,4,6-三酮5g、4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸10g、马来酰亚胺-三(乙烯乙二醇)-丙酸10g、过氧化环己酮0.25g加入N,N-二甲基甲酰胺90g中，在氦气氛围下，63℃下搅拌反应3.5小时，后旋蒸除去N,N-二甲基甲酰胺，得到聚醚基马来酰亚胺类共聚物。
所述改性硅灰石粉的制备方法，包括如下步骤：将硅灰石粉35g分散于乙醇100g中，再加入硅烷偶联剂KH560%200.35g，在45℃下搅拌反应4小时，后离心，置于真空干燥箱73℃下烘16小时，得到改性硅灰石粉。
所述混凝土添加剂的制备方法，包括如下步骤：将各组分加入高速混合器中混合均匀得到混合料，然后将混合料加入球磨机粉磨24分钟后出料，得到混凝土添加剂。
实施例3
一种混凝土添加剂，由以下重量份的组分制成：聚醚基马来酰亚胺类共聚物100份，海藻酸钠13份，改性硅灰石粉3份。
所述聚醚基马来酰亚胺类共聚物是由聚乙二醇单烯丙基醚、呋喃并[3,4-d]-1,3-二氧杂环戊烯-2,4,6-三酮、4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸、马来酰亚胺-三(乙烯乙二醇)-丙酸通过自由基聚合制备得到。
所述聚醚基马来酰亚胺类共聚物的制备方法，包括如下步骤：将聚乙二醇单烯丙基醚10g、呋喃并[3,4-d]-1,3-二氧杂环戊烯-2,4,6-三酮5g、4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸10g、马来酰亚胺-三(乙烯乙二醇)-丙酸10g、过氧化二碳酸二环己酯0.3g加入N-甲基吡咯烷酮100g中，在氖气氛围下，65℃下搅拌反应4小时，后旋蒸除去N-甲基吡咯烷酮，得到聚醚基马来酰亚胺类共聚物。
所述改性硅灰石粉的制备方法，包括如下步骤：将硅灰石粉40g分散于乙醇100g中，再加入硅烷偶联剂KH570%200.4g，在50℃下搅拌反应4小时，后离心，置于真空干燥箱75℃下烘16小时，得到改性硅灰石粉。
所述混凝土添加剂的制备方法，包括如下步骤：将各组分加入高速混合器中混合均匀得到混合料，然后将混合料加入球磨机粉磨25分钟后出料，得到混凝土添加剂。
实施例4
一种混凝土添加剂，由以下重量份的组分制成：聚醚基马来酰亚胺类共聚物100份，海藻酸钠14份，改性硅灰石粉4份。
所述聚醚基马来酰亚胺类共聚物是由聚乙二醇单烯丙基醚、呋喃并[3,4-d]-1,3-二氧杂环戊烯-2,4,6-三酮、4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸、马来酰亚胺-三(乙烯乙二醇)-丙酸通过自由基聚合制备得到。
所述聚醚基马来酰亚胺类共聚物的制备方法，包括如下步骤：将聚乙二醇单烯丙基醚10g、呋喃并[3,4-d]-1,3-二氧杂环戊烯-2,4,6-三酮5g、4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸10g、马来酰亚胺-三(乙烯乙二醇)-丙酸10g、引发剂0.35g加入高沸点溶剂110g中，在氩气氛围下，67℃下搅拌反应4.5小时，后旋蒸除去高沸点溶剂，得到聚醚基马来酰亚胺类共聚物；所述引发剂时异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢、过氧化环己酮、过氧化二碳酸二环己酯按质量比1:2:1:4混合而成的混合物；所述高沸点溶剂是二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮按质量比3:2:5混合而成的混合物。
所述改性硅灰石粉的制备方法，包括如下步骤：将硅灰石粉45g分散于乙醇100g中，再加入偶联剂0.45g，在55℃下搅拌反应4.5小时，后离心，置于真空干燥箱78℃下烘17.5小时，得到改性硅灰石粉；所述偶联剂是硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH570按质量比2:3:3混合而成的混合物。
所述混凝土添加剂的制备方法，包括如下步骤：将各组分加入高速混合器中混合均匀得到混合料，然后将混合料加入球磨机粉磨28分钟后出料，得到混凝土添加剂。
实施例5
一种混凝土添加剂，由以下重量份的组分制成：聚醚基马来酰亚胺类共聚物100份，海藻酸钠15份，改性硅灰石粉5份。
所述聚醚基马来酰亚胺类共聚物是由聚乙二醇单烯丙基醚、呋喃并[3,4-d]-1,3-二氧杂环戊烯-2,4,6-三酮、4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸、马来酰亚胺-三(乙烯乙二醇)-丙酸通过自由基聚合制备得到。
所述聚醚基马来酰亚胺类共聚物的制备方法，包括如下步骤：将聚乙二醇单烯丙基醚10g、呋喃并[3,4-d]-1,3-二氧杂环戊烯-2,4,6-三酮5g、4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸10g、马来酰亚胺-三(乙烯乙二醇)-丙酸10g、偶氮二异丁腈0.4g加入N-甲基吡咯烷酮120g中，在氮气氛围下，70℃下搅拌反应5小时，后旋蒸除去N-甲基吡咯烷酮，得到聚醚基马来酰亚胺类共聚物。
所述改性硅灰石粉的制备方法，包括如下步骤：将硅灰石粉50g分散于乙醇100g中，再加入偶联剂KH550%200.5g，在60℃下搅拌反应5小时，后离心，置于真空干燥箱80℃下烘18小时，得到改性硅灰石粉。
所述混凝土添加剂的制备方法，包括如下步骤：将各组分加入高速混合器中混合均匀得到混合料，然后将混合料加入球磨机粉磨30分钟后出料，得到混凝土添加剂。
对比例
本例提供一种混凝土添加剂，按照中国发明专利CN%20107804990%20A实施例1的原料及制备方法制备得到。
对上述实施例1-5以及对比例所得混凝土添加剂样品进行性能测试，测试结果见表1，透水系数、磨坑长度性能测试方法：参照CJJ/T135-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》进行。其他性能测试方法参考JG/T223—2007进行，添加剂掺量为0.1％。
表1
从表1可见，本发明实施例公开的混凝土添加剂，与现有技术中的混凝土添加剂相比，具有减水效果、透水性、耐磨性更好、可明显增大混凝土的坍落度优点。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
