[发明专利]新型梳形分子结构的高性能减水剂

说明书

技术领域

本发明属建筑材料技术领域，具体涉及一种建筑用新型梳状分子结构的高性能减水剂氨基磺酸盐高性能减水剂及其制备方法。

背景技术

高性能减水剂又名超塑化剂，用于混凝土拌合物中，主要起三个不同的作用：①为提高混凝土的浇注性能，在不改变混凝土组份的条件下，改善混凝土工作性。②在给定工作性的条件下，减少拌合水和混凝土的水灰比，提高混凝土的强度和耐久性。③在保证混凝土浇注性能和强度的条件下，减少水和水泥用量，减少徐变、干缩、水泥水化热等引起的混凝土初始缺陷的因素。

常用来提高流动性的水泥分散剂常用茶磺酸甲醛缩合物盐、三聚氰胺磺酸甲醛高缩合物盐、对氨基苯磺酸盐、水溶性乙烯共聚物等水泥分散剂。蒽磺酸甲醛缩合物盐、三聚氰胺磺酸甲醛高缩合物盐、对氨基苯磺酸盐等水泥分散剂的混凝土拌合物存在减水率不高、坍落度损失大的问题；水溶性乙烯共聚物水泥分散剂虽然坍落度损失小，但凝结时间大大延长，导致早期强度低。目前我国的混凝土减水剂主要以蒽系和氨基系列为主流产品，蒽系减水剂减水率较低，坍落度损失较大，但价格低廉。氨基减水剂减水率高，但泌水性强，坍落度损失大，工作性差。聚丙烯酸系(又称聚羧酸系列减水剂)混凝土高效减水剂在我国刚刚开始使用；国外特别是在日本、美国、意大利等国的高效减水剂己在水利、道路、高层建筑等高耐久性的混凝土工程中得到广泛应用，产品类型主要是马来酸配系、丙烯酸体系。

聚丙烯酸系减水剂特点是减水率(较高)，坍落度保持性好。其优点来源于丙烯酸减水剂分子结构-梳状型分子结构。例如，专利CN 1093095C发明一种梳状聚丙烯酸系列减水剂，其分子结构为：

M为H，Na⁺，NH₄⁺；

0≤a≤1；n，m为整数；R₁为H，CH₃，R₂为CH₃。

本研究组用马来酸酐与聚乙二醇单甲醚酯化，合成大分子单体，然后与丙烯酸单体聚合，制备了梳状分子结构的聚丙烯酸减水剂(奚强，朱本伟，邝生鲁，“一种聚羧酸高性能减水剂的研究”，现代化工，2004，24(12).38-40)，已经广泛用于各种工程。其分子结构如下：

聚丙烯酸减水剂成本高，制备工艺复杂。例如：CN1041816C中公开了一种共聚羧酸类减水剂，这种减水剂是由含有长链氧亚烷基基团的丙烯酸类聚亚烷基二醇单酯单体与丙烯酸单体/不饱和二羧酸单体和烯丙基磺酸单体三元共聚合得到的。但是该减水剂在实施过程中存在一个很大的问题，就是含有长链氧亚烷基基团的丙烯酸类聚亚烷基二醇单酯单体的制备过程复杂，成本昂贵，处理困难。

日本专利特开2000-233956报道，在装有温度计、搅拌机、氮气导管及回流冷凝管的玻璃反应釜中加8.3mol水，边搅拌边通氮气，加热至80℃，然后混合甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯(乙烯氧化物的平均聚合度23)0.094mol，甲基丙烯酸0.33mol，甲基丙烯酸甲酯0.047mol，40％氢氧化钠水溶液0.06mol，过硫酸铵0.007mol及水8.3mol调制成单体溶液。把0.01mol β-琉基丙酸溶于1.67mol水中，和上述单体溶液一起用2小时等速滴加到反应容器中，然后80℃聚合1h。聚合液冷却后，用40％氢氧化钠溶液中和，制得聚羧酸类减水剂。

从以上二个专利可以看出，聚羧酸减水剂都是在其分子结构上引入聚合物长链，但都没有提供长链大单体的合成方法，其它文献尽管报道有制备大分子单体的方法，但都制备工艺复杂。在减水剂结构中如何引入聚氧乙烯长链即大分子单体的合成过程是减水剂合成的关键，是目前制约聚羧酸减水剂工业化大生产的瓶颈；国时制备聚羧酸减水剂的工艺是游离基反应，反应过程中需要通氮气保护，而且游离基反应重复性差，都使聚羧酸减水剂制备过程复杂。

聚羧酸减水剂具有优良减水性的特点在于梳状的分子结构。其在无机颗粒表面进行吸附形态不同于其它减水剂的吸附形态(见图1)，梳状的齿部分在水相中可形成水化层。

按照分散剂稳定机理，梳状分子结构的减水剂在无机粒子表面形成水化层，舒展的高分子结构产生体积位阻，使无机粒子保持离散状态(K，Furusawa，coal Engineering，1992，vol：27：258)，从而使无机颗粒不团聚，表现在水泥的混凝土坍落度经时损失性小，其稳定机理见图2