Сополимерная примесная система для сохранения удобоукладываемости цементных композиции

Сополимерная примесная система для сохранения удобоукладываемости цементных композиции

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Традиционные диспергирующие средства для цементных композиций обычно достигают хорошего разбавления в воде, однако, они ограничены в способности сохранять удобоукладываемость на протяжении длительного периода времени. Альтернативным способом для увеличения сохранения удобоукладываемости является применение добавок-замедлителей. В этом случае такое полезное свойство, как сохранение удобоукладываемости часто достигается за счет времени схватывания цементного раствора и ранней прочности. По указанной причине полезность этих диспергирующих средств является ограниченной вследствие присущих им недостаткам молекулярной структуры.

Традиционные диспергирующие средства являются статичными по своей химической структуре в динамике по времени в цементных смесях. Их действие контролируется посредством молярного соотношения мономера, которое устанавливается в пределах молекулы полимера. Эффект разбавления в воде или диспергирующий эффект наблюдается в результате адсорбции диспергирующего средства на поверхности цемента. Поскольку потребность в диспергирующем средстве увеличивается в динамике времени вследствие износа и образования продукта гидратации, который создает большую площадь поверхности, то указанные традиционные диспергирующие средства не в состоянии справляться, и удобоукладываемость теряется.

Как правило, проблема продления удобоукладываемости решается посредством либо повторного перемешивания бетона (с дополнительной порцией воды) в месте укладки, для того, чтобы возобновить удобоукладываемость, либо посредством добавления суперпластифицирующей добавки. Добавление воды приводит к более низкой прочности бетона и, таким образом, создает потребность в смесях, которые являются «сверх-расчетными» в порции содержания цемента. Добавление суперпластифицирующей добавки на строительной площадке потребует установленных на автомобиле раздаточных устройств, которые являются дорогостоящими, также их трудно содержать и трудно ими управлять.

Рассматриваемые неионные сополимеры первоначально представляют собой недиспергируемые молекулы, которые имеют низкое сродство или не имеют сродства к частицам цемента, и поэтому не способствуют достижению поставленной цели удобоукладываемости цементных композиций. Рассматриваемые сополимеры остаются в растворе, однако, действуя при этом как источник потенциального полимерного диспергирующего средства для будущего применения. С течением времени, по мере того, как увеличивается потребность в диспергирующем средстве, или частично по причине исчерпания традиционного диспергирующего средства, как обсуждено выше, или частично или полностью по причине расчетного содержания смеси, указанные молекулы подвергаются поддерживаемым основаниями реакциям гидролиза вдоль основной цепи полимера, которые образуют активные участки связывания как для того, чтобы установить, так и для того, чтобы повысить сродство к связыванию полимера, в результате чего in-situ образуется «активное» полимерное диспергирующее средство в динамике по времени, что увеличивает осадку конуса и удобоукладываемость композиции.

Применение рассматриваемых неионных сополимеров как потенциального источника диспергирующего средства в цементных композиций обеспечивает продленное сохранение удобоукладываемости, превышающее ранее достигнутое при помощи применения статичных полимеров. Применение рассматриваемых неионных сополимеров уменьшает потребность в повторном перемешивании бетона и позволяет производителям уменьшать содержание цемента (и таким образом, стоимость) при подборе составов. Применение рассматриваемых неионных сополимеров позволяет производителям цемента лучше контролировать удобоукладываемость бетона на протяжении длительного периода времени, большую однородность и лучше контролировать качество плотности.

Обеспечивается способ продления удобоукладываемости цементной смеси, содержащей гидравлический цемент и воду, который содержит введение в цементную смесь добавки, содержащей в основном неионный сополимер. В одном варианте осуществления изобретения способ состоит в введении неионного, сополимера простого и сложного полиэфира в цементную смесь. Рассматриваемый способ достигает сохранения подвижности бетонной смеси и также производства быстротвердеющих цементных композиций.

Также обеспечиваются новые неионные сополимеры, содержащие гидролизующийся фрагмент и, по крайней мере, один диспергирующийся фрагмент, и способ для их синтеза.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ РИСУНКОВ

Фиг.1 представляет собой графическое изображение осадки конуса бетонной смеси в зависимости от времени, которая достигается при помощи применения рассматриваемого сополимера, в сравнении с традиционными поликарбоксилатными диспергирующими средствами и при отсутствии добавки, ухудшающей осадку конуса, в рассматриваемом способе.

Фиг.2 представляет собой графическое изображение осадки конуса бетонной смеси в зависимости от времени, которая достигается при помощи применения рассматриваемого сополимера, в сравнении с традиционными поликарбоксилатными диспергирующими средствами и при отсутствии добавки, ухудшающей осадку конуса, в рассматриваемом способе.

Фиг.3 представляет собой графическое изображение осадки конуса бетонной смеси в зависимости от времени, которая достигается при помощи применения рассматриваемого сополимера, в сравнении с традиционными поликарбоксилатными диспергирующими средствами, и при отсутствии добавки, ухудшающей осадку конуса, в рассматриваемом способе.

Фиг.4 представляет собой графическое изображение адсорбции различных вариантов осуществления рассматриваемого сополимера на частицах цемента, в зависимости от времени, в сравнении с традиционным поликарбоксилатным диспергирующим средством.

Фиг.5 представляет собой графическое изображение гидролизации рассматриваемых сополимеров в зависимости от времени, при сравнении двух вариантов осуществления рассматриваемого сополимера.

Фиг.6 представляет собой графическое изображение осадки конуса бетонной смеси в зависимости от времени, которая достигается при помощи применения различных доз одного варианта осуществления рассматриваемого сополимера в комбинации с традиционным водопонижающим диспергирующим средством, по сравнению с традиционным водопонижающим диспергирующим средством в рассматриваемом способе.

Фиг.7 представляет собой графическое изображение осадки конуса бетонной смеси в зависимости от времени, которая достигается при помощи применения различных вариантов осуществления рассматриваемого сополимера в комбинации с традиционным нафталинсульфонатным диспергирующим средством, в сравнении с традиционным нафталинсульфонатным диспергирующим средством, в рассматриваемом способе.

Фиг.8 представляет собой графическое изображение осадки конуса бетонной смеси в зависимости от времени, которая достигается при помощи применения различных вариантов осуществления рассматриваемого сополимера в комбинации с традиционным поликарбоксилатным диспергирующим средством, в сравнении с традиционным поликарбоксилатным диспергирующим средством, в рассматриваемом способе.

Фиг.9 представляет собой графическое изображение осадки конуса бетонной смеси в зависимости от времени, которая достигается при помощи применения различных доз одного варианта осуществления рассматриваемого сополимера в комбинации с традиционным поликарбоксилатным диспергирующим средством, в сравнении с традиционным поликарбоксилатным диспергирующим средством, в рассматриваемом способе.

Фиг.10 представляет собой графическое изображение осадки конуса бетонной смеси в зависимости от времени, которая достигается при помощи применения различных вариантов осуществления рассматриваемых сополимеров, включающих как Компонент В, так и Компонент С в комбинации с традиционным поликарбоксилатным диспергирующим средством, в сравнении с традиционным поликарбоксилатным диспергирующим средством, в рассматриваемом способе.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Обеспечивается способ для продления удобоукладываемости цементной смеси, содержащей гидравлический цемент и воду, который содержит введение в цементную смесь добавки, содержащей в основном неионный сополимер, где сополимер содержит остатки, по крайней мере, следующих мономеров:

Компонента А, содержащего, по крайней мере, один этиленненасыщенный мономер сложного эфира карбоновой кислоты, содержащий гидролизующийся в цементной смеси фрагмент, где гидролизованный остаток мономера, содержит активный участок связывания для компонента цементной смеси; и,

по крайней мере, любого:

Компонента В, содержащего, по крайней мере, один этиленненасыщенный мономер сложного эфира карбоновой кислоты или мономер алкенилового эфира, содержащий, по крайней мере, одну C_2-4 оксиалкиленовую боковую группу, состоящую из приблизительно 1-30 звеньев; или

Компонента С, содержащего, по крайней мере, один этиленненасыщенный мономер сложного эфира карбоновой кислоты или мономер алкенилового эфира, содержащий, по крайней мере, одну C_2-4 оксиалкиленовую боковую группу, состоящую из приблизительно 31-350 звеньев;

где молярное соотношение Компонента А к сумме молярных соотношений Компонента В и Компонента С составляет от приблизительно 1:1 до приблизительно 10:1. В отдельных вариантах осуществления изобретения в рассматриваемом сополимере присутствуют как Компонент В, так и Компонент С.

Обеспечивается новый, в основном, неионный сополимер простого и сложного полиэфира для продления удобоукладываемости цементной смеси, содержащей гидравлический цемент и воду, где сополимер содержит остатки, по крайней мере, следующих мономеров:

Компонента А, содержащего, по крайней мере, один этиленненасыщенный мономер сложного эфира карбоновой кислоты, содержащий гидролизующийся в цементной смеси фрагмент, где гидролизованный остаток мономера содержит активный участок связывания для компонента цементной смеси; и,

по крайней мере, любого:

Компонента В, содержащего, по крайней мере, один этиленненасыщенный мономер сложного эфира карбоновой кислоты или мономер алкенилового эфира, содержащий, по крайней мере, одну C_2-4 оксиалкиленовую боковую группу, состоящую приблизительно из 1-30 звеньев; или,

Компонента С, содержащего, по крайней мере, один этиленненасыщенный мономер сложного эфира карбоновой кислоты или мономер алкенилового эфира, содержащий, по крайней мере, одну C_2-4 оксиалкиленовую боковую группу, состоящую из приблизительно 31-350 звеньев;

где молярное соотношение Компонента А к сумме молярных соотношений Компонента В и Компонента С составляет от приблизительно 1:1 до приблизительно 10:1. В определенных вариантах осуществления изобретения присутствуют как Компонент В, так и Компонент С.

Также обеспечивается цементная композиция, содержащая гидравлический цемент, воду и добавку, содержащую неионный сополимер простого и сложного полиэфира, как изложено выше.

В одном варианте осуществления изобретения рассматриваемая сополимерная примесная система может включать различные порции водопонижающего полимера, применяемого в комбинации с рассматриваемым сополимером, в котором участки связывания были в основном защищены до той степени, что сополимер не имеет в основном дисперсионных характеристик тогда, когда прибавляется сначала. Например, по причине отсутствия в сополимере ионных связывающих фрагментов при прибавлении, в основном начальная диспергирующая активность отсутствует. После прибавления, или введения в цементную композицию, деактивированные или защищенные фрагменты участков связывания в рассматриваемых сополимерах гидролизуются, или активируются, в соответствующей степени, чтобы противодействовать потере диспергирования, которая ожидается, когда добавка, снижающая водопотребность применяется одна. В других вариантах осуществления изобретения защищенные фрагменты участков связывания могут быть выбраны на основе их скорости(ей) гидролиза, чтобы оптимизировать удобоукладываемость в динамике по времени, в сравнении с традиционными добавками, снижающими водопотребность.

Применение рассматриваемой сополимерной примесной системы имеет отличные преимущества над однокомпонентной системой, и композиция в смысле, что производитель цемента имеет практически неограниченные возможности соответствовать разнообразным условиям, которые могут существовать на местности. Например, производителю может не требоваться значительно продленное сохранение подвижности бетонной смеси для коротких по времени работ, и поэтому подбор цементного состава может включать очень небольшое количество неионного сополимера, вместо применения главным образом традиционной добавки, снижающей водопотребность, для получения удобоукладываемости. Указанное может также применяться при холодных погодных условиях. Однако при более теплых погодных условиях, или для более длительных работ, потребность в дополнительном количестве гидролизуемого неионного сополимера увеличивается и потенциально уменьшается количество традиционной добавки, снижающей водопотребность. Различные требования к разным партиям цементной смеси в зависимости от работ, и различные требования к времени отвердевания в зависимости от температуры, могут быть обеспечены при помощи сополимерной примесной системой для оптимальной эффективности готовой бетонной смеси, и в меньшей степени, готовых железобетонных изделий.

Гидравлический цемент может представлять собой портландцемент, кальциевоалюминатный цемент, магнезиофосфатный цемент, магнезиокалиефосфатный цемент, кальциевосульфоалюминатный цемент, пуццолановый цемент, шлаковый цемент или любое другое подходящее гидравлическое вяжущее средство. В цементную композицию может быть включен заполнитель. Заполнитель может представлять собой кремнезем, кварц, песок, мраморный щебень, стеклянные шарики, гранит, известняк, кальцит, полевой шпат, аллювиальные пески, любой другой износостойкий заполнитель и их смеси.

Неионные сополимеры рассматриваемой сополимерной примесной системы имеют все, или в основном все их потенциальные участки связывания цемента, заблокированными или защищенными с помощью гидролизующихся групп, которые являются устойчивыми в условиях хранению и составления, но эти неактивные участки связывания ждут, чтобы быть разблокированными или незащищенными, когда сополимер входит в контакт с сильнощелочной химической средой, которая находится в бетонно-цементных смесях. Поэтому, неионные сополимеры имеют очень мало или не имеют сродства к частицам цемента при введении в цементную композицию, но развивают сродство в динамике по времени, по мере того, как гидролизуемые группы гидролизуются.

Для целей иллюстрации, но не для ограничения, гидролизующийся фрагмент может содержать, по крайней мере, любой C_1-20 алкиловый сложный эфир,

C_1-20 аминоалкиловый сложный эфир, C_2-20 спирт, C_2-20 аминоспирт или амид. Гидролизующиеся фрагменты могут включать, но не ограничиваются ими, акрилатные или метакрилатные сложные эфиры различных групп, имеющих такую скорости гидролиза, что делает их подходящими для временного масштаба приготовления бетонной смеси и укладки бетона, в определенных вариантах осуществления изобретения вплоть до приблизительно 2 до приблизительно 4 часов. Например, в одном варианте осуществления изобретения этиленненасыщенный мономер Компонента А может включать сложный эфир акриловой кислоты со сложноэфирной функциональной группой, содержащей гидролизующийся фрагмент. В определенных вариантах осуществления изобретения гидроксиалканол, такой как гидроксиэтанол или гидроксипропилспиртовая группа содержит неактивные участки связывания в качестве гидролизующегося фрагмента остатка сложного эфира карбоновой кислоты. Поэтому сложноэфирная функциональная группа может содержать, по крайней мере, любой гидроксипропил или гидроксиэтил. В других вариантах осуществления изобретения обеспечиваются другие типы неактивных связывающих участков с различными степенями омыления, такие как производные акриламида или метакриламида. В определенных вариантах осуществления изобретения этиленненасыщенный мономер Компонента А может содержать имид, который необязательно содержит малеимид.

Конечно, рассматриваемый сополимер может содержать остатки более чем одного этиленненасыщенного мономера Компонента А, содержащего гидролизующийся фрагмент. Например, более чем один этиленненасыщенный мономер Компонент А, содержащий гидролизующийся фрагмент, может включать остатки а) более чем одного типа этиленненасыщенного мономера; b) более чем одного гидролизующегося фрагмента; или с) комбинации более чем одного типа этиленненасыщенного мономера и более чем одного гидролизующегося фрагмента. Для целей иллюстрации, но не для ограничения, гидролизующийся фрагмент может содержать, по крайней мере, одну или более чем одну спиртовую группу C_2-20.

Выбор из одного или другого, или из того и другого типов остатка звена этиленненасыщенного мономера, включенного в цепь сополимера, и производного гидролизующегося фрагмента, или гидролизующейся боковой группы, связанной с остатком, так же как и типа связи, влияет на скорости гидролиза неактивного участка связывания посредством применения, и, таким образом, на продолжительность удобоукладываемости цементных композиций, включающих неионный сополимер.

Боковая цепь, содержащая группы мономеров Компонента В и Компонента С, может содержать от C₂ до C₄ оксиалкиленовых цепей различной длины, то есть различного количества оксиалкиленовых звеньев, таких как либо (поли)этиленоксид, либо (поли)пропиленоксид, или их комбинации, и может включать связи, такие как сложная эфирная связь или простая эфирная связь. В определенных вариантах осуществления изобретения часть боковых цепей имеет относительно более короткую длину (более низкий молекулярный вес), что способствует повышенному скоплению, и часть боковых цепей имеет относительно большую длину (более высокий молекулярный вес), что способствует более высокому эффекту диспергирования, когда неактивные участки связывания гидролизуются и становятся способными к связыванию с частицами цемента.

В определенных вариантах осуществления изобретения один или более мономеров Компонента В и/или один или более мономеров Компонента С могут быть негидролизующимися в цементных композициях. В определенных вариантах осуществления рассматриваемого неионного сополимера, по крайней мере, один из этиленненасыщенных мономеров Компонента В или Компонента С может содержать негидролизующийся C_2-8 сложный эфир карбоновой кислоты. В других определенных вариантах осуществления изобретения, по крайней мере, один из этиленненасыщенных мономеров Компонента В или Компонента С может дополнительно или альтернативно содержать C_2-8 алкенильную группу, необязательно негидролизующуюся С_2-8 алкенильную эфирную группу.

В последних из указанных вариантов осуществления изобретения негидролизующийся этиленненасыщенный мономер может содержать виниловый, аллиловый или (мет)аллиловый эфир, или он может быть получен из

С_2-8 ненасыщенного спирта. Для целей иллюстрации, но не ограничения,

С_2-8 ненасыщенный спирт может представлять собой, по крайней мере, любой виниловый спирт, (мет)аллиловый спирт, изопренол или другой метил-бутенол.

В других вариантах осуществления изобретения, по крайней мере, один из этиленненасыщенных мономеров Компонента В или Компонента С может содержать сложный эфир (мет)акриловой кислоты.

Оксиалкиленовая боковая группа этиленненасыщенных мономеров Компонента В и/или Компонента С может содержать, по крайней мере, любой этиленоксид, пропиленоксид, полиэтиленоксид, полипропиленоксид или их смеси. Оксиалкиленовые звенья могут присутствовать в виде гомополимеров, или статистических или блок-сополимеров. В зависимости от мономеров, из которых синтезируется сополимер, по крайней мере, одна из боковых групп этиленненасыщенных мономеров Компонента В или Компонента С могут содержать, по крайней мере, одно C₄ оксиалкиленовое звено.

В определенных вариантах осуществления изобретения неионный сополимер может содержать дополнительные неионные, негидролизующиеся мономерные остатки Компонента D, полученные из других негидролизующихся этиленненасыщенных мономеров, таких, но не ограничивающихся ими, как стирол, этилен, пропилен, изобутен, альфа-метилстирол, метилвиниловый эфир и подобные.

В определенных вариантах осуществления изобретения, молярное соотношение Компонента А к Компонентам В и С, то есть (А):(В+С) находится в пределах от приблизительно 1:1 до приблизительно 10:1, в определенных вариантах осуществления изобретения от приблизительно 1:1 до приблизительно 9:1. В определенных вариантах осуществления изобретения, где и Компонент В и Компонент С присутствуют в сополимере, молярное соотношение (В):(С) находится в пределах от приблизительно 0.7:0.3 до приблизительно 0.3:0.7. В других вариантах осуществления изобретения, молярное соотношение (В):(С) находится в пределах от приблизительно 0.95:0.05 до приблизительно 0.05:0.95.

В определенных вариантах осуществления изобретения неионный сополимер представлен следующей общей формулой (I):

где Q представляет собой этиленненасыщенный мономер Компонента А, содержащий гидролизующийся фрагмент; G содержит О, С(O)-O или O-(СН₂)_р-O, где р=2-8, и где смеси G возможны в той же молекуле полимера; R¹ и R² каждый независимо содержит по крайней мере один С₂-C₈ алкил; R³ содержит (CH₂)_c, где каждый с представляет собой число от 2 до приблизительно 5, и где смеси R³ возможны в той же молекуле полимера; каждый R⁵ содержит, по крайней мере, любой Н, C_1-20 (прямой или разветвленный, насыщенный или ненасыщенный) алифатический углеводородный радикал, C_5-8 циклоалифатический углеводородный радикал, или замещенный или незамещенный С_6-14 арильный радикал; m=1-30, n= от 31 до приблизительно 350,

w= от приблизительно 1 до приблизительно 10, y= от 0 до приблизительно 1, и

z= от 0 до приблизительно 1; и где y+z является больше чем от 0 до приблизительно 1, и w является меньше чем, или равно 10-кратной сумме y+z. Примеры этиленненасыщенного мономера, содержащего гидролизующийся фрагмент, обсуждены выше.

В отдельных вариантах осуществления неионный сополимер представлен следующей общей формулой (II):

где G содержит О, С(O)-O или O-(СН₂)_р-O, где р=2-8, и где смеси G возможны в той же молекуле полимера; R содержит, по крайней мере, один из Н или СН₃; R¹ и R² каждый независимо содержит, по крайней мере, один С₂-С₈ алкил; R³ содержит (СН₂)_с, где каждый с представляет собой число от 2 до приблизительно 5, и где смеси R³ возможны в той же молекуле полимера; Х содержит гидролизующийся фрагмент; каждый R⁵ содержит, по крайней мере, любой Н, C_1-20 (прямой или разветвленный, насыщенный или ненасыщенный) алифатический углеводородный радикал,

С_5-8 циклоалифатический углеводородный радикал, или замещенный или незамещенный С_6-14 арильный радикал; m=1-30, n= от 31 до приблизительно 350,

w= от приблизительно 1 до приблизительно 10, y= от 0 до приблизительно 1, и

z= от 0 до приблизительно 1; и где y+z являются больше чем от 0 до приблизительно 1, и w является меньше чем или равно 10-кратной сумме y+z. В соответствии с указанной формулой, в определенных вариантах осуществления изобретения, гидролизующийся фрагмент может содержать, по крайней мере, любой сложный алкиловый эфир, сложный аминоалкиловый эфир, сложный гидроксиалкиловый эфир, сложный аминогидроксиалкиловый эфир, или амид, такой как акриламид, метакриламид, и их производные.

В определенных вариантах осуществления изобретения неионный сополимер представлен следующей общей формулой (III):

где G содержит О, С(O)-O или O-(СН₂)_р-O, где р=2-8, и где смеси G возможны в той же молекуле полимера; R содержит, по крайней мере, один из Н или СН₃; R¹ и R² каждый независимо содержит, по крайней мере, один С₂-C₈ алкил; R³ содержит (СН₂)_с, где каждый с представляет собой число от 2 до приблизительно 5, и где смеси R³ возможны в той же молекуле полимера; R⁴ содержит, по крайней мере, любой

С_1-20 алкил или C_2-20 гидроксиалкил; каждый R⁵ содержит, по крайней мере, любой Н, C_1-20 (прямой или разветвленный, насыщенный или ненасыщенный) алифатический углеводородный радикал, C_5-8 циклоалифатический углеводородный радикал, или замещенный или незамещенный С_6-14 арильный радикал; m=1-30, n=от 31 до приблизительно 350, w= от приблизительно 1 до приблизительно 10, y= от 0 до приблизительно 1, и z=от 0 до приблизительно 1; и где y+z являются больше чем от 0 до приблизительно 1, и w является меньше чем или равно 10-кратной сумме y+z. В соответствии с указанной формулой, в определенных вариантах осуществления изобретения, неионный сополимер может применяться, когда каждый р является 4; каждый R⁴ содержит C₂H₄OH или С₃Н₆ОН; каждый R⁵ содержит Н; m= приблизительно 5-30, n= от 31 до приблизительно 250, w= от приблизительно 1 до приблизительно 9, y= от 0 до приблизительно 1, и z= от 0 до приблизительно 1; и где y+z являются больше чем от 0 до приблизительно 1, и w является меньше чем или равно 9-кратной сумме y+z.

В отношении формул (I), (II) и (III), в определенных вариантах осуществления изобретения молярное соотношение w к (y+z) может составлять от приблизительно 1:1 до приблизительно 10:1. Также в отношении формул (I), (II) и (III), в определенных вариантах осуществления изобретения молярное соотношение w к (y+z) может составлять от приблизительно 1:1 до приблизительно 9:1.

Рассматриваемые неионные сополимеры могут быть приготовлены посредством комбинирования их соответствующих замещенных составляющих мономеров и инициирования сополимеризации, или посредством следующих способов полимеризации.

Неионный сополимер может быть приготовлен при помощи периодического способа, полупериодического способа, полунепрерывных или непрерывных способов, включающих введение компонентов во время инициирования полимеризации, технологий линейного дозирования, или технологий ступенчатого дозирования со ступенчатыми или непрерывными изменениями дозировки, как к более высоким, так и к более низким скоростям дозирования, по сравнению с предыдущей скоростью.

Обеспечивается способ для приготовления неионного сополимера, который содержит, по крайней мере, один гидролизующийся остаток мономера и, по крайней мере, один остаток простого эфирного макромономера, в полунепрерывном режиме работы в устройстве для полимеризации, содержащем реактор-полимеризатор, связанный, или соединенный с дозирующим устройством, при этом способ содержит:

введение, по крайней мере, порции простого эфирного макромономера с низкой реакционной способностью (относительно гидролизующегося мономера) и воды в реактор-полимеризатор, где гидролизующийся мономер с более высокой реакционной способностью, который добавлен туда, образует водную реакционную смесь полимеризационной среды, где необязательно водная среда присутствует в виде водного раствора;

введение, по крайней мере, порции гидролизующегося мономера в дозировочное устройство;

добавление, по крайней мере, порции гидролизующегося мономера в реактор-полимеризатор из дозировочного устройства;

передача инициатора свободнорадикальной полимеризации в реактор-полимеризатор до и/или во время добавления гидролизующегося мономера в реактор-полимеризатор, где гидролизующийся мономер и простой эфирный макромономер вступают в реакцию в водной реакционной смеси полимеризационной среды при помощи свободнорадикальной полимеризации с образованием неионного сополимера; и,

подвержения полимеризационной реакционной смеси, в то время как скорость добавления гидролизующегося мономера и/или, по крайней мере, компонента инициатора свободнорадикальной полимеризации варьируется ступенчато или непрерывно;

где никакой мономер не вводится в реактор-полимеризатор для того, чтобы включить ионные участки связывания цемента в неионный сополимер, до того, как сополимер будет перемешан в водной щелочной среде (включающей, но не ограниченной ею, цементную композицию).

В определенных вариантах осуществления изобретения, по крайней мере, 70 мол.% простого эфирного макромономера, первоначально введенного в реактор-полимеризатор, превращаются посредством свободнорадикальной полимеризации.

Гидролизующиеся мономеры включают мономеры, которые способны к свободной радикальной полимеризации, которые имеют, по крайней мере, одну двойную углеродную связь. В настоящем контексте простые эфирные макромономеры представляют собой составы, способные к свободной радикальной полимеризации, и имеющие, по крайней мере, одну двойную углеродную связь и, по крайней мере, два атома эфирного кислорода. В определенных вариантах осуществления изобретения, фрагменты простого эфирного макромономера, присутствующие в сополимере, имеют боковые цепи, которые содержат, по крайней мере, два атома эфирного кислорода.

Не является необходимым, хотя является возможным, вначале ввести в реактор-полимеризатор весь простой эфирный макромономер, прореагировавший при помощи свободнорадикальной полимеризации в реакторе-полимеризаторе, до того как, гидролизующийся мономер подлежит дозированию. Однако, в определенных вариантах осуществления изобретения, по крайней мере, 50 мол.%, в других вариантах осуществления изобретения, по крайней мере 80 мол.%, и во многих других вариантах осуществления приблизительно 100% фрагментов простого эфирного макромономера включены в сополимер при помощи реакции простого эфирного макромономера, который вначале введен в реактор-полимеризатор до того как гидролизующийся мономер подлежит дозированию. Затем простой эфирный макромономер, необязательно остающийся, может непрерывно подаваться в реактор-полимеризатор, в то время как гидролизующийся мономер дозируется. Простой эфирный макромономер может подаваться в реактор-полимеризатор отдельно от гидролизующегося мономера и/или как смесь с гидролизующимся мономером (посредством, например, также начального введения простого эфирного макромономера в дополнение к гидролизующемуся мономеру в дозировочном устройстве). Дозировочное устройство может иметь различные формы и может управляться вручную и/или автоматически.

В соответствии с указанным способом синтеза, который содержит избирательное дозирование, является возможным приготовить сополимеры однородного состава, и сделать это по отношению к молекулярному весу (низкий коэффициент полидисперсности распределения молекулярного веса) и в отношении соответствующей пропорции фрагментов мономера в сополимере (химическая однородность). Указанная однородность неионного сополимера приводит туда же, что является особенно подходящим в качестве добавки сохранения удобоукладываемости для гидравлических вяжущих веществ. Способ может также считаться экономичным, поскольку хороший эффект достигается всего лишь с небольшим объемом дозирования, вследствие «высокоэффективного дозирования».

По этой причине является возможным достичь более гомогенного распределения остатков мономера в сополимере ради лучшей удобоукладываемости, которая выражается как сохранение подвижности, после того, как сополимеры введены в цементную композицию и затем гидролизуются.

Дополнительно к гидролизующемуся мономеру и простому полиэфирному макромономеру, могут также применяться дополнительные виды мономера. В определенных вариантах осуществления изобретения они могут вступать в реакцию таким образом, что на практике, винилненасыщенный или этиленненасыщенный состав передается в реактор-полимеризатор как мономерный исходный материал, который вступает в реакцию посредством полимеризации.

В одном варианте осуществления изобретения простой эфирный макромономер вводят вначале в реактор-полимеризатор в количестве на моль гидролизующегося мономера, который подлежит дозированию, таким образом, что среднеарифметическое молярное соотношение гидролизующихся остатков мономера к остаткам простого эфирного макромономера составляет от 10:1 до 1:1, и в других вариантах осуществления изобретения молярное соотношение составляет 9:1-1:1 в образованном сополимере.

В определенных вариантах осуществления изобретения, в качестве инициатора свободнорадикальный полимеризации применяется окислительно-восстановительный инициатор или окислительно-восстановительная инициирующая система. В качестве окислительно-восстановительной инициирующей системы может применяться комбинация H₂O₂/FeSO₄, в определенных вариантах осуществления изобретения вместе с восстановителем. Сульфит натрия, двунатриевая соль 2-гидрокси-2-сульфинатоуксусной кислоты, двунатриевая соль 2-гидрокси-2-сульфонатоуксусной кислоты, гидроксиметансульфинат натрия, аскорбиновая кислота, изоаскорбиновая кислота или их смеси являются подходящими в качестве восстановителей в пределах окислительно-восстановительной инициирующей системы. Другие системы также являются подходящими в качестве окислительно-восстановительной инициирующей системы, например те, которые основаны на гидропероксиде трет-бутила, пероксодисульфате аммония или пероксодисульфате калия.

В одном варианте осуществления изобретения, компоненты инициатора, например H₂O₂, и простой эфирный макромономер передают одновременно в предварительно перемешанной форме (такой как в одном потоке) в реактор-полимеризатор.

В принципе, однако, все составы, разложенные на свободные радикалы в условиях полимеризации, могут применяться в качестве инициаторов, например, такие как пероксиды, гидропероксиды, персульфаты, азосоединения и перфосфаты. Когда свободнорадикальные формы комбинируются с подходящими восстановителями, то получают известные окислительно-восстановительные системы или окислительно-восстановительные катализаторы. Подходящими восстановителями являются, например, сульфит натрия, двунатриевая соль 2-гидрокси-2-сульфонатоуксусной кислоты, двунатриевая соль 2-гидрокси-2-сульфинатоуксусной кислоты, гидроксиметансульфинат натрия, аскорбиновая кислота, изоаскорбиновая кислота, амины, такие как диэтаноламин или триэтаноламин, гидроксиламин или их смеси. В некоторых вариантах осуществления, растворимые в воде соли переходных металлов, таких как железо, кобальт, никель или серебро, могут дополнительно применяться с применением окислительно-восстановительных систем или катализаторов, и в определенных вариантах осуществления изобретения, соли железа (присутствующие в основном в двухвалентной форме) могут применяться.

Как правило, компонент окислительно-восстановительной инициирующей системы и/или восстановителя можно передавать в реактор-полимеризатор после того, как значение рН полимеризации было доведено до, и во время дозирования гидролизующегося мономера.

Значение рН полимеризации в водной среде может быть установлено таким образом, чтобы в отношении применяемого инициатора свободнорадикальной полимеризации образование свободных радикалов на единицу времени (выход свободных радикалов) было высоким или приблизительно составляло максимум. Таким образом, инициатор полимеризации или применяемая инициирующая система полимеризации оказывают влияние и способствуют приблизительному определению значения рН полимеризации.

Как правило, водная среда находится в виде водного раствора. Значение рН полимеризации может составлять от приблизительно 4.5 до приблизительно 7.1, и температура водной