[发明专利]一种星形聚羧酸水泥分散剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及建筑材料中混凝土外加剂技术领域，具体涉及一种可用作混凝土高效减水剂的星形聚羧酸及其制备方法。

背景技术

水泥分散剂(减水剂)具有吸附在水泥粒子上从而抑制水泥粒子凝聚、提高混凝土在使用时的分散性的作用。用作水泥分散作用的物质有很多，包括木质素磺酸盐、萘磺酸盐/甲醛缩聚物、苯酚/对氨基苯磺酸/甲醛缩聚物、三聚氰胺磺酸盐/甲醛缩聚物、聚羧酸类梳形共聚物等等。从结构特点上看，前几种水泥分散剂主要以磺酸基为吸附基团，缺乏有效的提供空间位阻作用的侧链，分子结构单一，可调性差，对水泥的分散作用有限，掺量高并且减水率低。

聚羧酸类梳形共聚物具有富含羧基吸附基团的主链提供的吸附作用，又具有亲水性较好的侧链提供的空间位阻作用，较大的提高了对水泥的分散作用。目前，国内外开发的聚羧酸超塑化剂大多为(甲基)丙烯酸/酯共聚物或烯基聚乙二醇/马来酸/丙烯酸共聚物减水剂，这两类减水剂的分子结构大多呈梳型，具有制备工艺简单、成本低、坍落度保持性能好等优点，但是仍然满足不了现代混凝土工程对高性能减水剂的要求，如高减水率，低粘度，适应性强。

另一方面，混凝土强度的提高主要通过降低水胶比来实现，这也导致了混凝土粘度较大，引发混凝土搅拌、运输、泵送等一系列的施工问题，很大程度上限制了高强与超高强混凝土的推广与应用。

目前可采用的降粘方法主要是从有机外加剂和掺合料两方面开展。添加的有机外加剂主要是引气剂，引气剂的掺入使混凝土拌合物内形成大量微小的封闭球状气泡，这些微气泡如同滚珠一样，减少骨料颗粒间的摩擦阻力，从而降低粘度，但是引气剂降粘作用有限，引入的气泡对高强混凝土的强度产生不利影响，关于减水剂对混凝土粘度作用机理尚不清晰，有机降粘剂的研发仍无突破性进展。

目前还未出现混凝土有机降粘剂的相关专利；而掺合料方面同样没有出现关于混凝土降粘剂的专利或是文章，目前主要是通过掺入大量粉煤灰改善混凝土工作性能，众所周知掺入粉煤灰可以降低混凝土粘度，但是对于高层、高强或超高强混凝土其降粘效果十分有限。

发明内容

本发明旨在克服上述水泥分散剂对于低水胶比时初始分散性能不足，混凝土早期粘度较大等问题，提供了一种原料来源易得、生产成本低、生产工艺简单的星形聚羧酸系高性能减水剂及其制备方法。

该种减水剂的星形分子结构，增加了与水泥颗粒的接触面积，提高了其与水泥颗粒之间的键合力，增大了分子的空间位阻作用，从而使减水剂具有更好的分散效果。

本发明的技术原理：采用原子转移自由基聚合法合成星形聚羧酸，并应用于水泥分散过程中。

本发明提供的星形聚羧酸水泥分散剂的制备方法，具体步骤如下：

1)将单体a、用碱中和至中性的单体b与催化剂、配体、溶剂充分混合得到溶液，通入N₂将溶液中O₂排出；

2)将引发剂一次性快速加入到上述溶液中，在N₂保护下进行原子转移可控自由基聚合反应，其反应温度为30℃～120℃，反应时间为0.5h～24h，得到星形聚合物溶液；

3)旋转蒸发除掉溶剂得到星形聚羧酸。

步骤1)中单体a与b的摩尔比满足：a/b＝1/2～1/10，其中单体a的分子结构符合通式①，

式中R₁为H或者CH₃，R₂为H或者1～4个碳原子的烷基；X为O、CH₂O、CH₂CH₂O、COO；

AO为2～4个碳原子的氧化烯基中的任意一种或者两种以上的混合物，n为AO的平均加成摩尔数，其为5～200的整数；当均聚物分子的结构单元中AO为不同碳原子数的氧化烯基时，(AO)n为无规共聚或嵌段共聚结构；

单体b的分子结构符合通式②，