[发明专利]一种混凝土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技术领域，具体涉及一种新型结构的混凝土减水剂，及其制备方法。

背景技术

聚羧酸减水剂是混凝土外加剂的重要组成部分，其产生减水剂的作用的根本原因是在有限的水体系中，减水剂与以水泥为主的细集料微粒先后发生润湿、渗透、吸附等一系列作用，对细集料微粒产生准包裹现象，使细集料微粒内部的水泥与水隔开，有效阻止了水泥水化反应进程，从而保证了混凝土内的浆体在一定时间内能保持流动性，即良好的分散性。聚羧酸类减水剂是具有表面活性剂特性的梳型功能聚合物，其结构通式如(i)。从化学结构上看，羧基和磺酸基等是对水泥产生化学吸附的主要基团，枝状结构和聚氧乙烯醚长侧链是形成隔离细集料微粒的基本空间阻碍单元。

其中，R取H或CH₃；x、y、z、m和n为正整数。

当前聚羧酸减水剂的制备方法主要是通过含有双键的有机羧酸如丙烯酸、甲基丙烯酸等物质与含有端基双键的聚醚聚合反应形成梳形减水剂分子结构。含双键的羧酸形成减水剂分子的短主链，含端基双键的聚醚形成长侧链。为改善减水剂的性能，主链中还可以加入一小部分含双键的其他类物质如甲基丙烯磺酸钠等，此类减水剂不易通过本体聚合而得到高含固量的产品，实际生产往往是以大量水做溶剂，通过溶液聚合而得到含固量通常低于50％的减水剂溶液，这一方面使其在干拌混凝土等应用场合受到限制，另一方面也因产品中大量水的存在使产品生产与运输成本增加。

发明内容

本发明的一个目的在于：提供一种混凝土减水剂，不但能保持良好的减水剂性能，而且具有更高的固含量。

本发明的另一个目的在于：提供所述混凝土减水剂的制备方法。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

提供一种混凝土减水剂，它是结构中包含主链和侧链的高分子聚合物；其中，所述的主链是聚氨基酸结构；且所述高分子聚合物具有枝状结构。

所述的混凝土减水剂优选由带多个羧基的聚氨基酸和甲氧基聚乙二醇(MPEG)通过酯化方式接枝得到。

所述的带多个羧基的聚氨基酸优选以下化学结构式如(I)～(VI)所示的聚氨基酸中的任意一种：

上述式(I)～(VI)中，A代表

B代表

C代表

D代表

E代表——COOH；

且上述A～E中的R₁、R₂、R₃为H或C1～C5的烷基；

a、b、c、d、e、f和g均为0～6的整数；

h、i、j、k、l、m、n、o、p、q、r、s、t、u、v、x、y和z均为正整数。

所述的带多个羧基的聚氨基酸的分子量范围优选1000～10000。

所述的带有多个羧基的聚氨酸可以通过市购获得，或者可以通过现有的多种方法制备获得，例如，可以用含有二元或二元以上的羧基的氨基酸类物质通过分子间的氨基和羧基缩聚而制得，比如，具体方法可以是由多个结构式为(1)或(2)的氨基酸类物质中的一种或几种，通过分子间的氨基和羧基缩聚，形成直链或支链的所述的带多个羧基的聚氨酸。

式(1)和式(2)中，R₁、R₂和R₃为H或C1～C5的烷基；a、b、c、d、e、f和g为0～6的整数。

所述的MPEG的分子量200～6000。

所述的混凝土减水剂的化学结构可以是以下式(VII)～(XII)所示的任意一种：

上述式(VII)～(XII)中，A代表

B代表

C代表

D代表

E代表——COOH；

F代表

G代表

且上述A～G中的R₁、R₂和R₃为H或C1～C5的烷基；

a、b、c、d、e、f和g均为0～6的整数；

其他小写英文字母标号均为正整数。

所述的混凝土减水剂分子量在5000～70000。

本发明还提供了所述混凝土减水剂的制备方法，是把带多个羧基的聚氨基酸与带有羟基的MPEG及酯化反应催化剂投入到反应器中，升温进行分子间的脱水酯化反应，反应一定时间后，抽真空脱去反应过程中生成的水，使反应生成酯的方向进行。生成减水剂分子的侧链密度可以通过控制加入MPEG的量来完成。