[发明专利]一种聚羧酸减水剂、其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种新型聚羧酸减水剂及其制备方法。本发明所述新型聚羧酸减水剂由不饱和酸单体和梳形聚醚单体按摩尔比为1：3~8进行自由基共聚反应制得；所述梳形聚醚单体由不饱和卤素化合物、催化剂、配体和OEGMA单体按摩尔比为1：1：1~2：5~25充分混合制得，然后在所述梳形聚醚单体中加入氧化剂和水混合均匀成打底液，随后滴加由不饱和酸单体、还原剂、链转移剂和水组成的滴加液进行聚合反应，即得所述新型聚羧酸减水剂。本发明所述新型聚羧酸减水剂具有高减水、长保坍、耐粘土以及降低混凝土粘度的优点；所述新型聚羧酸减水剂采用一锅法生产，工艺简单，无废料产出，生产过程绿色环保。

技术领域

本发明涉及一种聚羧酸减水剂、其制备方法及应用，属混凝土用外加剂技术领域。

背景技术

化学外加剂的添加可以极大提高混凝土的耐久性、工作性、适用性、经济性和强度，为大型工程的质量提供了有力保障，因此它的广泛应用被誉为是继钢筋混凝土、预应力混凝土之后的混凝土技术的第3次重大突破。减水剂(也可称作“水泥分散剂”)是目前研究和应用最为广泛的一种混凝土用外加剂，在混凝土和易性不变的情况下，掺入减水剂可以有效节约水泥用量、减少用水量、提高混凝土工作性能和强度。

减水剂的应用已走过了近百年的历史，20世纪30年代发展起来的木质素磺酸盐减水剂被认为是第一代减水剂，其减水率大概在10～15％之间；20世纪60年代发展起来的萘系磺酸盐减水剂、脂肪族磺酸盐减水剂、氨基磺酸盐减水剂等被认为是第二代减水剂，其减水率大概在15～25％之间；20世纪80年代发展起来的聚羧酸减水剂被认为是第三代减水剂，其减水率大概在25～40％之间。由于聚羧酸减水剂具有掺量低、减水率高、保坍性好、分子结构可调性强、绿色环保等优点，成为目前最主流的减水剂产品，其市场占有率逐年提升，目前已达70％以上。

聚羧酸减水剂优越的性能来源其独特的分子结构，本质上聚羧酸是一种水溶性的梳形高分子，由富含羧酸基团的主链和聚氧化烯基醚(聚醚)侧链组成。聚羧酸主链上的羧酸基团可以定向吸附在带正电的水泥或者水泥水化物的表面，而聚醚侧链在溶液中伸展形成水化层以提供空间排斥力防止水泥团聚，因此它就赋予了水泥浆体良好的流动性。聚羧酸减水剂从概念提出到产品完善，已经走过30多年的辉煌历程。随着聚羧酸应用范围的越来越广，它也暴露出许多问题。现阶段用户对聚羧酸的应用提出的一些主要迫切要求是：(1)聚羧酸的减水率需要继续提升，保坍时间要延长；(2)在低水灰比的高强混凝土中，聚羧酸需要降低混凝土的粘度，改善其和易性，以利于施工；(3)随着各地砂石资源趋于劣化，材料含泥量(主要为粘土)偏高，聚羧酸减水剂需要提高对粘土的耐受性。围绕以上要求，已有大量的文献和专利资料报道。

中国专利文献CN 106146765 A公布了一种多支化聚羧酸减水剂的制备方法，以多羟基化合物为起始剂，采用三步原子转移自由基聚合反应步骤逐级聚合得到多支化结构的AB型双嵌段共聚物。该产品减水率高、保坍性好，可明显改善混凝土流动性，且对粘土敏感程度低，采用糊精为主要原料，成本低、无污染。但是该方法步骤繁琐，工艺复杂，至今只停留在实验室阶段，未能工业化应用。

中国专利文献CN 103992442 A公开了一种阴阳两性聚羧酸减水剂的制备方法，经过对聚醚侧链进行改性，合成了阳离子封端的季铵盐型聚羧酸减水剂。所合成的减水剂在分子结构中同时引入了阴离子和阳离子电荷，当加入到水泥浆体中时，主链的阴离子电荷吸附在带正电荷的水泥颗粒表面，而侧链端基的正电荷则吸附在带负电荷的水泥颗粒表面，分散水泥颗粒。阳离子能抑制泥土的膨胀，从而减少泥土对外加剂的吸附，由于其独特的两性结构，使得其具有独特的分散能力，减水率高，坍落度保持性好，性能优越。但是该产品由于富含阴阳两种离子，在高浓度时极易引起聚沉，这极大限制了其应用前景。