[发明专利]一种高性能聚羧酸减水剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及混凝土技术领域，具体地指一种高性能聚羧酸减水剂及其制备方法。

背景技术

高性能混凝土因高工作性、高强和高耐久性及体积稳定性等特性，广泛应用于各大桥梁、公路、隧道和大型建筑等工程建设，其中，减水剂是构成高性能混凝土不可或缺的组分之一。聚羧酸减水剂具有掺量低、减水率高、坍落度保持性好、分子结构设计自由度大、环境友好等优点，被誉为第三代混凝土超塑化剂，成为混凝土外加剂领域研究的热点和开发的重点。

目前，国内外聚羧酸减水剂产品有两大类，醚类和酯类，酯类的生产工艺复杂、反应温度高、生产周期长、能耗大，成本高，且为提高酯化率使用的挥发性有机溶剂多，危害性高、环境污染大，产品的减水率也相对醚类较低，但保坍性和适应性较好。醚类则具有生产操作安全简单、生产周期短、能耗低、成本低和环境友好等特点，且产品的减水率较高，但保坍和适应性略差。因此，在保证醚类聚羧酸减水剂优点的同时，国内外很多报道主要研究重点在于提高其保坍性和适应性。

专利CN 102268121 A将2-甲基丙烯醇聚氧乙烯基醚、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯酸和过硫酸铵在60-100℃温度下进行水溶液自由基聚合，制备了一种高减水率高坍落度保持性的聚羧酸减水剂。专利CN 103788310 A以异戊烯醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、马来酸酐、丙烯酸羟乙酯为原料，以双氧水为引发剂，甲醛合次硫酸氢钠、硫酸亚铁为工催化剂，以巯基丙酸或巯基乙酸为分子量调节剂，在5-40℃温度下引发自由基聚合，制备了一种聚羧酸系缓释型减水剂。专利CN 103641959 A通过使用5-50份聚氧乙烯基醚、1-10份丙烯酸、1-10份甲基丙烯酸酯、0.3-3份质量分数30％的双氧水和1-10份质量分数10％巯基乙醇溶液在80℃温度下反应3小时，制备了一种缓释型聚羧酸减水剂。尽管通过上述研究，解决了醚类聚羧酸保坍性和适应性相对醚类较差的问题，但在一定程度上削弱了醚类自身具有的掺量低、减水率高的优势，使得其掺量提高、混凝土综合性能受影响，工程质量难以保证。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种高性能聚羧酸减水剂及其制备方法。

本发明的技术方案为：一种高性能聚羧酸减水剂，该聚羧酸减水剂具有结构式(Ⅰ)的结构通式：

其中，R₁为-H、-COO-或-CH₂COO-；R₂为-H或-CH₃；R₃为-H或-CH₃；R₄为-H或-CH₃；R₅为-H或-CH₃；R₆为-CH₂-或-CH₂CH₂-；X、Y、Z和n均为整数，X＝1-100，Y＝1-100，Z＝1-100，n＝22-53。

优选的，该聚羧酸减水剂的分子量为30000-80000。

本发明还提供一种高性能聚羧酸减水剂的制备方法，其特征在于，步骤为：

a.取原料聚醚大单体、不饱和磷酸酯单体、不饱和羧酸单体、引发剂和链转移剂，其中各原料的摩尔百分含量分别为：聚醚大单体15-25％、不饱和磷酸酯单体1-10％、不饱和羧酸单体65-70％、引发剂1-5％、链转移剂1-3％，各原料摩尔百分含量之和为100％；

b.将上述原料与水在40-80℃下反应4-6小时，所用水的质量与上述原料总质量比为1-10：1，然后降温至35-40℃，并加入中和剂，调节pH值至6-8，得到产物即为具有磷酸酯结构的高性能聚羧酸减水剂。

优选的，所述聚醚大单体为分子量在1000-3000之间的烯丙基聚氧乙烯基醚、甲基烯丙基聚氧乙烯基醚或异戊烯基聚氧乙烯基醚中的一种。

优选的，所述不饱和磷酸酯单体为丙烯酰氧乙基磷酸酯、丙烯酰氧丙基磷酸酯、甲基丙烯酰氧乙基磷酸酯或甲基丙烯酰氧丙基磷酸酯中的一种或多种。

优选的，所述不饱和羧酸单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸酐、富马酸或衣康酸中的一种或多种。

优选的，所述引发剂为过硫酸铵、双氧水-抗坏血酸、过硫酸铵-亚硫酸钠、过硫酸铵-亚硫酸氢钠、双氧水-吊白块、双氧水-次磷酸钠中的一种或多种。

优选的，所述链转移剂为巯基乙酸、巯基丙酸、巯基乙醇、正十二硫醇、甲基丙烯磺酸钠中的一种或多种。