[发明专利]一种以水为溶剂的聚羧酸盐减水剂及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明属建筑材料外加剂和化学合成技术领域，具体涉及一种通过一步法制备的聚羧酸盐减水剂及其制备工艺。

背景技术：

减水剂是混凝土工程中用量最大应用最广泛的外加剂品种，其用量占到外加剂总用量的80％以上。聚羧酸盐减水剂因其掺量小、减水率高、保塌性能好等优点渐渐收到混凝土界的广泛认可。特别是2005年以来，伴随着铁道对高速公路、客运专线用外加剂规定的出台，这一领域已经全部使用聚羧酸盐减水剂，其年使用量达到50万吨。目前在我国基本建设混凝土其它工程中，如水电、公路、民用、工业建筑的混凝土也开始推广使用聚羧酸盐减水剂。因为其性能优异、市场前景广阔，关于聚羧酸盐减水剂的研究也成为近几年的热点。目前聚羧酸减水剂一般都是通过甲氧基聚乙二醇和(甲基)丙烯酸先酯化反应获得具有聚合活性的甲氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯，再采用溶液聚合方法与(甲基)丙烯酸等活性基团共聚而成，存在制备工艺复杂，影响因素较多，成本高，质量不稳定等缺点。专利CN 101041571A公开了一种引气保塌型聚羧酸盐混凝土高效减水剂及其制备，将聚亚烷基二醇单体和羧酸类单体加入到装有冷凝分流装置的反应器中，加入阻聚剂、催化剂、溶剂，搅拌，升温至85-125℃，反应5-15小时，通过减压蒸馏蒸除溶剂并回收，即得含有过量羧酸类单体的聚亚烷基二醇丙烯酸酯类单体，将所得聚亚烷基二醇丙烯酸酯类单体、羧酸类单体和烯丙基磺酸类单体的混合物加水配成水溶液，过硫酸盐加水配成引发剂溶液，在反应器中加入水为分散介质，搅拌，升温到75-95℃，加入单体溶液和引发剂溶液，反应4-8小时，降温，将所得共聚物加碱中和至6.5-8，即得共聚物盐溶液。在第一步制得大单体过程中，要加入催化剂、阻聚剂和带水剂，不仅增大成本且能带入杂质工艺复杂难于控制；CN 101353397A介绍了一种水溶性接枝聚羧酸类减水剂及其制备方法，首先将烯丙基聚氧乙烯醇醚单体加入反应器内，加入去离子水使其溶解，一边搅拌升温一边用氮气吹扫反应器，当升温到60-120℃时，同时滴加丙烯酸单体与丙烯酸羟乙酯单体的混合水溶液和10％过硫酸铵水溶液，滴加完毕保温1-3小时，降温到25-55℃，加入碱调PH值为6.0-7.0即得所述产品，这种方法所用原料成本较高，且反应过程需要氮气吹扫，工艺相对复杂。CN 101215119A公开了一种采用一步法制备的高性能聚羧酸减水剂，在惰性气氛中，将单体A和单体B在水中，引发剂的引发下反应，然后采用氢氧化钠调节反应产物的pH值为4.5-7，即可得目标产物。虽然反应过程简单，但是用巯基乙醇作为链转移剂，具有难闻的刺激性气味。

发明内容：

本发明的目的是针对现有减水剂制备技术存在的问题，提供一种性能优异的聚羧酸盐减水剂及方法简单、成本低廉的制备工艺。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

本发明所述的聚羧酸盐减水剂，其特征在于：由以下a、b、c、d、e五种单体按一定配比在引发剂作用下共聚反应制得：

a马来酸酐：

b丙烯酸类单体：

其中R₁表示氢原子或甲基。

c烯丙基醚类单体

R3表示氢原子或C_1-3的烷基，n表示重复单元数，其值为10-80；

d胺类化合物

R₄表示氢原子或C_1-3的烷；R₅表示氢原子或C_1-3的烷基或C_1-8的烷基磺酸；

e烯基磺酸类单体

R₆表示氢原子或C_1-3的烷基，M表示氢原子或碱金属阳离子；

上述单体摩尔配比：a∶b∶c∶d∶e为1∶0.5-2.0∶0.3-2.0∶0.3-1.5∶0.1-0.5。

本发明所述的聚羧酸盐减水剂的制备方法如下：

(1)向四口烧瓶中加入单体a、e和一部分单体c，加入一定量去离子水使其溶解并加热到50-100℃。

(2)向四口烧瓶中分别滴加事先配制好的单体b、c、d溶液和引发剂溶液，2-6h滴完，保温1-5h。

(3)降温至25-45℃，加碱中和至PH＝7.0±0.5，既得所述聚羧酸盐减水剂。

所述引发剂为无机过氧类引发剂，优选过硫酸铵，用量为单体总量的1-8％。配制的单体溶液浓度为30-80％，引发剂溶液浓度为1-20％。