一種低溫干燥聚羧酸減水劑的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低溫干燥聚羧酸減水劑的方法，其特征在于，在真空條件下，結(jié)合微波和超聲波技術(shù)對聚羧酸減水劑母液進行低溫加熱干燥。該方法利用微波干燥技術(shù)選擇性干燥聚羧酸減水劑母液中的水分；真空條件可降低聚羧酸減水劑母液的干燥溫度，使聚羧酸母液在40～60℃即可發(fā)生沸騰并快速排出水分，降低微波加熱干燥的能耗，保證原聚羧酸減水劑的性能；超聲波在干燥過程中，可促進聚羧酸減水劑母液形成大量小氣泡，并可加強攪拌，避免微波加熱產(chǎn)生的過熱現(xiàn)象，保證原聚羧酸減水劑的性能，并縮短干燥時間。本發(fā)明涉及的干燥溫度低，可較好地維持聚羧酸減水劑性能，且制備工藝簡單，能耗低，效率高，適合于不同類型聚羧酸減水劑粉劑的制備。
【專利說明】一種低溫干燥聚羧酸減水劑的方法

【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及混凝土外加劑領域，具體涉及一種低溫干燥聚羧酸減水劑的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 聚羧酸減水劑是一種高效的混凝土外加劑，具有摻量低、減水率高、堿含量低、與 不同品種水泥及摻合料相容性好和明顯降低混凝土收縮等優(yōu)點，廣泛應用于公路、橋梁、大 壩、隧道、高層建筑等工程。
[0003] 工業(yè)生產(chǎn)的聚羧酸減水劑一般以40%的水溶液（母液）供貨，在儲存和運輸過程 中存在成本高和不方便等缺點。另外，有些工程【技術(shù)領域】必須使用固體外加劑，如干粉砂 漿、高性能陶瓷制造等，因此固體聚羧酸減水劑的制備具有重要的實際應用意義。
[0004] 聚羧酸減水劑的生產(chǎn)一般采用水溶液聚合方法。根據(jù)引發(fā)體系的不同聚合溫度也 會不同，例如氧化還原引發(fā)體系在室溫下即可完成聚合反應，熱引發(fā)體系需要在60?80°C 才能順利進行聚合反應。聚羧酸減水劑分子量一般在3000?50000之間，其分子一般為梳 形結(jié)構(gòu)，即以聚羧酸為主鏈以聚醚為側(cè)鏈的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的分子熱穩(wěn)定性差，長時間處于 較高溫度的條件下分子結(jié)構(gòu)容易破壞，從而使性能大幅降低，這是現(xiàn)在粉劑生產(chǎn)面臨的最 大難點。
[0005] 目前有關聚羧酸減水劑粉劑制備的報道不多，常見的制備方法主要包括噴霧干燥 法、改性噴霧干燥法、旋轉(zhuǎn)真空干燥法和直接合成固態(tài)聚羧酸減水劑等。專利CN1919772A 較早報道了一種粉體聚羧酸減水劑的制備方法，將聚羧酸減水劑溶液通過霧化器形成 霧滴，噴射進入干燥室，進入干燥室的熱空氣氣流與物料流向相同，干燥室進風溫度為 120?200°C，出風溫度為50?110°C，經(jīng)干燥、沉降而獲得粉體聚羧酸減水劑。專利CN 101962273A將超細無機粉體或溶膠加入到聚羧酸聚合物溶液中，使其均勻混合；得到的聚 羧酸漿體通過霧化器形成霧化液滴并進入干燥室干燥脫水得到粉狀聚羧酸超分散劑。專 利CN 102372828A采用含有不飽和基團的單體在有機溶劑中反應，在反應結(jié)束后加入堿性 物質(zhì)中和并經(jīng)過離心分離處理制備聚羧酸減水劑，再將制得的聚羧酸減水劑使用旋轉(zhuǎn)真空 干燥設備干燥處理得到固體聚羧酸減水劑。上述干燥方法多數(shù)是以犧牲性能為代價的，且 存在干燥成本高等缺點；而直接合成固態(tài)聚羧酸減水劑也存在制備過程復雜和成本高等缺 點。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種低溫干燥聚羧酸減水劑的方法，該方法干燥制粉的溫度 低，可較好地維持聚羧酸減水劑性能，且制備工藝簡單，能耗低，效率高，適合于不同類型聚 羧酸減水劑粉劑的制備。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種低溫干燥聚羧酸減水劑的方法， 該方法在真空條件下，結(jié)合微波干燥技術(shù)和超聲波干燥技術(shù)，實現(xiàn)低溫快速干燥聚羧酸減 水劑母液，得固體聚羧酸減水劑，具體包括以下步驟：
[0008] 1)將聚羧酸減水劑母液置于真空超聲微波干燥箱中，母液深度為5?10cm，打開 真空泵調(diào)節(jié)干燥箱中的真空度達-0. 09?-0. 08MPa ;
[0009] 2)設置超聲波頻率為20?40kHz，打開微波發(fā)生器，微波頻率為915MHz或 2450MHz，設置溫度為40?60 °C，并調(diào)節(jié)微波功率范圍至100?300kW，干燥0. 8?2. Ih，得 固體聚羧酸減水劑；
[0010] 3)將步驟2)得到的固體聚羧酸減水劑經(jīng)粉碎得到聚羧酸減水劑粉劑。
[0011] 根據(jù)上述方案，所述真空超聲微波干燥箱為在真空微波干燥箱中設置超聲波發(fā)生 器，為全封閉結(jié)構(gòu)，主要包括內(nèi)腔、微波發(fā)生器、超聲波發(fā)生器、換能器、測溫器、真空泵和控 制單元。
[0012] 根據(jù)上述方案，所述的超聲波發(fā)生器的功率為100?200W。
[0013] 優(yōu)選的，所述步驟2)中，首先打開超聲波發(fā)生器，設置頻率為40kHz，然后打開微 波發(fā)生器，微波頻率為2450MHz，設置溫度為40?60 °C，干燥0. 8?2. lh，在干燥過程中， 根據(jù)溫度調(diào)節(jié)微波功率，干燥初期快速加熱，要求調(diào)高功率，到達設定溫度值后適當調(diào)小功 率，防止溫度超過設定值，功率調(diào)節(jié)范圍為100?300kW，干燥后，使樣品固含量達到98%左 右，得固體聚羧酸減水劑。
[0014] 根據(jù)上述方案，所述步驟3)中采用錘式萬能粉碎機或刀片式切割粉碎設備粉碎 得到聚羧酸減水劑粉劑。
[0015] 本發(fā)明的原理為：
[0016] 1)本制粉方法中的主要供熱裝置為微波管，在微波作用下，極性分子隨著磁場快 速變換取向，與周圍分子相互碰撞摩擦，分子的總能量增加，溫度快速上升。水分子和聚羧 酸都是極性分子，所以二者都會在微波作用下運動，因此聚羧酸母液整體被加熱直至沸騰。 由于水分子較小，沸點低，因此先變?yōu)闅鈶B(tài)從體系脫離，直至水分全部脫離即只剩下聚羧 酸，干燥過程即完成。
[0017] 2)直接微波干燥可以達到脫除水分的目的，但操作溫度一般為90?KKTC。干燥 時間短時，聚羧酸性能損失不大，但干燥時間長時，會導致聚羧酸減水劑的性能大幅下降， 這對一些合成溫度低的聚羧酸減水劑的影響尤為明顯。在-0. 〇9MPa?-0. 08MPa的真空條 件下，聚羧酸減水劑母液在40?60°C即可沸騰并快速排出水分。真空條件大幅降低了體系 的溫度，不僅可以保證聚羧酸的性能，而且可以大幅降低微波加熱部分的能耗，并縮短整個 干燥過程的時間。
[0018] 3)在微波場中，能量在體系內(nèi)部直接轉(zhuǎn)化，體系內(nèi)部缺少形成"氣泡"的"核心"， 容易出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，從而影響聚羧酸減水劑的性能。超聲波作用于聚羧酸減水劑母液時，其 空化作用使液體被"撕開"形成小空洞，并可使處于沸點的水迅速氣化進入形成的空洞中， 形成小氣泡并脫離溶液，氣化會吸收大量熱量，氣泡的運動也可以加強攪拌，從而避免過熱 現(xiàn)象；同時，超聲波在介質(zhì)中的傳播使介質(zhì)質(zhì)點在其傳播空間內(nèi)進入強烈振動狀態(tài)而強化 介質(zhì)的擴散（超聲波機械效應），增加熱交換的效率；此外，超聲波在介質(zhì)中傳播的過程中， 其聲能可以被介質(zhì)吸收，吸收的能量轉(zhuǎn)化熱能（超聲波熱效應），達到輔助加熱的效果。因 此超聲波可促進聚羧酸減水劑母液形成大量小氣泡，并可加強攪拌，從而避免過熱現(xiàn)象，并 進行輔助加熱，提高干燥效率。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0020] 1)本發(fā)明在真空條件下，結(jié)合微波和超聲波干燥技術(shù)，對聚羧酸減水劑母液進行 干燥制粉，將干燥溫度降低至40?60°C，可較好地維持和保證聚羧酸減水劑性能。
[0021] 2)本發(fā)明涉及的工藝流程簡單，可操作性強，且能耗低，效率高，適合于不同類型 聚羧酸減水劑粉劑的制備。

【具體實施方式】
[0022] 為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例進一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的 內(nèi)容不僅僅局限于下面的實施例。
[0023] 以下實施例中，聚羧酸減水劑母液采用熱引發(fā)體系或氧化還原引發(fā)體系在不 同聚合溫度下制備的聚羧酸減水劑水溶液，所述熱引發(fā)體系中，以丙烯酸（主鏈單體）、 TPEG-2400 (大單體）、巰基乙酸（鏈轉(zhuǎn)移劑）、過硫酸銨（引發(fā)劑）為原料在60°C溫度下 聚合而成，其中丙烯酸和TPEG-2400的摩爾比1 :1?8 :1，巰基乙酸的用量為丙烯酸和 TPEG-2400總質(zhì)量的0. 5%?2%，引發(fā)劑過硫酸銨用量為丙烯酸和TPEG總質(zhì)量的0. 2%? 1% ;氧化還原體系以丙烯酸（主鏈單體）、TPEG-2400(大單體）、巰基乙酸（鏈轉(zhuǎn)移劑） 和雙氧水（引發(fā)劑）、亞硫酸氫鈉（引發(fā)劑）為原料在室溫條件下制備而成，其中丙烯酸和 TPEG-2400的摩爾比1 :1?8 :1，巰基乙酸的用量為丙烯酸和TPEG-2400總質(zhì)量的0. 5%? 2%，引發(fā)劑過硫酸銨用量為丙烯酸和TPEG總質(zhì)量的0. 2%?1%，雙氧水的用量為丙烯酸 和TPEG總質(zhì)量的1 %?2%，亞硫酸氫鈉與雙氧水的摩爾比為0. 5?2 :1。上述方法制得 的聚羧酸減水劑母液的固含量為40% (質(zhì)量）。
[0024] 實施例1
[0025] -種低溫干燥聚羧酸減水劑的方法，采用熱引發(fā)體系在60°C溫度下合成的聚羧酸 減水劑水溶液（即聚羧酸減水劑母液）進行干燥制粉，具體包括以下步驟：
[0026] 將500kg固含量為40% (質(zhì)量）的聚羧酸減水劑母液裝置于真空超聲微波干燥 箱中，母液深度5cm，首先打開真空泵減壓使真空度達到-0. 09MPa，然后打開超聲波發(fā)生器 (超聲波發(fā)生器的功率為100W)，設置頻率40kHz ;打開微波發(fā)生器，設置干燥溫度為40°C， 頻率為2450MHz ;在干燥過程中，根據(jù)箱內(nèi)溫度調(diào)節(jié)微波功率，干燥初期快速加熱，將功率 適當調(diào)高，到達設定溫度后適當調(diào)小功率，防止溫度超標，微波平均調(diào)節(jié)功率為120kW。干 燥過程中隔一定時間取出部分樣品測固含量以判斷干燥是否完成，樣品固含量達到約98% (質(zhì)量）即可停止，干燥時間為2h。將干燥好的產(chǎn)物冷卻后用錘式萬能粉碎機粉碎，過篩， 得到粒度為80目的聚羧酸減水劑粉劑，具體的工藝參數(shù)見表1。將制得的聚羧酸減水劑粉 劑應用于混凝土，進行凈漿流動度測試結(jié)果見表2,坍落度/擴展度測試結(jié)果見表3。
[0027] 實施例2?3
[0028] 采用熱引發(fā)體系在60°C溫度下合成的聚羧酸減水劑水溶液進行干燥制粉，干燥步 驟同實施例1，具體工藝參數(shù)見表1，將制得的聚羧酸減水劑粉劑進行凈漿流動度和坍落度 /擴展度性能測試，結(jié)果分別見表2和表3。
[0029] 對比實施例1
[0030] 采用熱引發(fā)體系在60°C溫度下合成的聚羧酸減水劑水溶液進行干燥制粉，將 500kg固含量為40%的聚羧酸減水劑母液裝置于真空超聲微波干燥箱中，母液深度8cm，首 先打開真空泵減壓使真空度達到-0. 〇9MPa，打開微波單元，設置干燥溫度為60°C;在干燥過 程中，根據(jù)箱內(nèi)溫度調(diào)節(jié)微波功率，干燥初期要求快速加熱，將功率適當調(diào)高，到達設定溫 度后功率要適當調(diào)小，防止溫度超標，微波平均調(diào)節(jié)功率為300kW。干燥過程中隔一定時間 取出部分樣品測固含量以判斷干燥是否完成，樣品固含量達到約98%即可停止，干燥時間 為1.7h。將干燥好的物料冷卻后用錘式萬能粉碎機粉碎，過篩，得到粒度為80目的聚羧酸 粉劑，具體的工藝參數(shù)見表1。
[0031] 表1實施例1?3及對比實施例1制備聚羧酸減水劑粉劑的工藝參數(shù) [00321

【權(quán)利要求】
1. 一種低溫干燥聚羧酸減水劑的方法，其特征在于，在真空條件下，結(jié)合微波和超聲波 干燥技術(shù)對聚羧酸減水劑母液進行干燥，得到固體聚羧酸減水劑，經(jīng)粉碎得聚羧酸減水劑 粉劑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫干燥聚羧酸減水劑的方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 將聚羧酸減水劑母液置于真空超聲微波干燥箱中，母液深度為5?10cm，打開真空 泵調(diào)節(jié)干燥箱中的真空度至_〇. 09?-0. 08MPa ; 2) 設置超聲波頻率為20?40kHz，打開微波發(fā)生器，微波頻率為915MHz或2450MHz，設 置干燥溫度為40?60°C，并調(diào)節(jié)微波功率范圍至100?300kW，干燥0. 8?2. lh，得固體聚 羧酸減水劑； 3) 將步驟2)干燥得到的固體聚羧酸減水劑經(jīng)粉碎得到聚羧酸減水劑粉劑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的低溫干燥聚羧酸減水劑的方法，其特征在于，真空超聲微波 干燥箱為在真空微波干燥箱中設置超聲波發(fā)生器，包括外殼、內(nèi)腔、微波發(fā)生器、超聲波發(fā) 生器、換能器、測溫器、真空泵和控制單元。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的低溫干燥聚羧酸減水劑的方法，其特征在于，所述超聲波發(fā) 生器的功率為100?200W。
【文檔編號】F26B7/00GK104501539SQ201410715354
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月1日
【發(fā)明者】郭麗萍, 汪海林, 雷家珩, 杜小弟, 熊鑫 申請人:武漢理工大學