[发明专利]一种保坍型聚羧酸减水剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于混凝土外加剂的技术领域，具体涉及一种保坍型聚羧酸减水剂及其制备方法。

背景技术

减水剂是指在混凝土和易性及水泥用量不变条件下，能减少拌合用水量、提高混凝土强度；或在和易性及强度不变条件下，节约水泥用量的外加剂。根据其发展流程可分为三个阶段：第一代是以木钙、木钠为代表的普通减水剂，减水率在6％～12％；第二代是以萘系为代表的高效减水剂，减水率在15％～25％，但在生产和使用过程中存在甲醛污染等问题；第三代是以聚羧酸盐为代表的高性能减水剂，具有高减水率(可达35％)，掺量少(0.2％～0.4％)，所配混凝土具有高强度、绿色环保等优点。

目前合成聚羧酸系减水剂的方法主要有三种：1)活性单体共聚法：性单体共聚方法的优点是分子结构设计的可设计性好，主链和侧链的长度可通过活性大单体的制备和调节共聚反应单体的比例及反应条件来控制。目前，国内外常用的合成方法多为此法。此工艺虽然简单，但是先要合成大单体，分离纯化过程繁琐，成本较高。2)聚合后功能化法：一般采用现有的已知分子量的聚羧酸，在催化剂的作用下与聚醚在较高温度下进行酯化接枝，得到梳状分子结构的共聚物。这种方法具有工艺简单、生产过程清洁环保等其他方法难以比拟的优点。这种方法在欧洲已经得到了广泛的应用。但是现成的聚羧酸产品的种类和规格有限，其组成和分子量调整比较困难；聚酸和聚醚的相容性不好，酯化实际操作困难；同时，酯化反应过程中，不断有水生成，导致相分离。3)原位聚合与接枝：方法是在主链聚合的同时引入侧链，以聚醚作为羧酸类不饱和单体的反应介质，集聚与酯化于一体，克服了聚羧酸与聚醚相容性不好的问题。但是分子设计过程比较困难，主链一般也只能选择含羧基基团的单体，而且这种接枝反应是个可逆平衡反应，反应前体系中已有大量的水存在，造成其接枝度不高，且过程很难控制。目前，聚羧酸减水剂的合成反应时间为3～8h.。

发明内容

本发明目的在于提供科学合理的方法，利用更高效环保的合成方法，进一步提高聚羧酸减水剂的综合性能，降低生产成本，对于聚羧酸减水剂的进一步推广应用，带来重要的经济效益和社会效益。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种保坍型聚羧酸减水剂，其分子量在10000～60000之间，分子式中含有以下重复结构单元：

其中，m＝6～23：n＝10～60。

上述保坍型聚羧酸减水剂的制备方法，包括以下步骤：

1)以马来酸酐与甲氧基聚乙二醇为原料，加入催化剂和阻聚剂，控制温度80～120℃，反应时间10～15h得到马来酸单甲氧基聚乙二醇酯和马来酸双甲氧基聚乙二醇酯大单体的混合物；

2)以马来酸酐与甲醇为原料，加入催化剂室温下反应2-3h得到马来酸酐单甲酯；得到马来酸酐单甲酯；以所得马来酸酐单甲酯与甲醇为原料，加入催化剂在温度80～120℃下反应2～3h得到马来酸酐双甲酯；

3)在80～85℃环境中，加入温度步骤1)所得大单体混合物、步骤2)所得马来酸酐双甲酯、2－丙烯酰胺－2甲基丙基磺酸钠的混合水溶液，同时加入引发剂硫酸铵和链转移剂巯基乙醇，在80～85℃保温1h；将温度升高到95～100℃保温2h，冷却；加入氢氧化钠中和到pH＝6-7即制备得到保坍型聚羧酸减水剂。

按上述方案，步骤1)所述中马来酸酐与甲氧基聚乙二醇摩尔比为1.1～1.8:1；所述的催化剂为对甲苯磺酸，所述的阻聚剂为氯化亚铜和对苯二酚。

按上述方案，步骤2)中所述马来酸酐与甲醇摩尔比1.05～1.1：1；马来酸酐单甲酯与甲醇摩尔比1.05～1.1：1；所述催化剂为浓硫酸。

按上述方案，步骤3)中所述混合水溶液中，步骤1)所得大单体混合物与步骤2)所得马来酸酐双甲酯与2－丙烯酰胺－2甲基丙基磺酸钠的质量比为3～11：1～5.5：1。

按上述方案，步骤3)中混合水溶液、引发剂和链转移剂在2.5～3.5h加入混合完毕。

本发明合成目标分子过程如下：

第一步：

第二步：

第三步：

与现有的大部分聚羧酸减水剂相比较，本发明至少具有以下技术优势：

本方法为溶液聚合，与现有一般缓凝剂的生产工艺相比较更简单、合理、易操作；

本发明的保坍型聚羧酸减水剂具有高减水率、低掺量、水泥适应性广、高保坍性能、增强效果好等突出优点。

具体实施方式