[发明专利]一种聚羧酸盐减水剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及混凝土外加剂，具体地说涉及一种聚醚衣康酸单酯聚羧酸盐减水剂及其制备方法。

背景技术

混凝土是当代最主要的土木工程材料之一。而混凝土外加剂是混凝土中除了水泥、水、砂子、石子之外的第五组分，在高性能混凝土中占据着非常重要的地位。

减水剂的发展有着悠久的历史。1935年美国E.W.斯克里普砌(Scopture)首先研制成木质磺酸盐为主要成分的木质磺酸盐减水剂，广泛应用于C20-C40混凝土，该系列减水剂减水率较低，但由于价格低廉现在仍有使用。20世纪60年代，日本成功研制了萘磺酸甲醛缩合物高效减水剂，德国成功研制了磺化三聚氰胺甲醛缩合物高效减水剂，这两类减水剂广泛应用于C30-C60混凝土，具有生产成本较低，减水率效果好等优点。从60年代到80年代初，是高效减水剂的发展阶段，该阶段减水剂以萘系为主要代表，主要特点是工艺成熟、不引气、不缓凝、与水泥适应性好、减水率较高，但混凝土坍落度损失较快，需要通过复配才能达到不同的施工要求，但复配后的减水剂对混凝土早期强度的发展有影响。另外该产品大量使用甲醛、浓硫酸合成，生产对环境的污染严重。

日本在1995年利用烯烃和不饱和羧酸共聚，成功研制了聚羧酸系高性能减水剂。该种聚羧酸系减水剂特征是主链和支链的连接键是酯键。聚羧酸系减水剂由于减水率高达30％以上、掺量少、坍落度保持性好、引气量适中，适宜配制高流动性、自密实混凝土，而且合成中不使用甲醛，对环境污染小，从而受到广泛的推广。日本是研究和应用聚羧酸系减水剂最多也是最成功的国家，1995年以后，聚羧酸系减水剂在日本商品混凝土中的使用量超过了萘系减水剂。在日本，最早的据羧酸系减水剂是烯烃与不饱和羧酸的共聚物，其后在性能改良及共聚技术上均有突破性改进，性能日趋完善。

近年来，国际上混凝土外加剂的研究与生产日趋于高性能、无污染的方向发展。共聚聚羧酸系外加剂由于减水率高，保坍性能好，后期强度增长大，适宜配制高强、超高强混凝土、高流动性及超塑化混凝土、自密实混凝土等，从而受到国内外的广泛关注。

在专利CN101357833A中，公开了一种使用衣康酸作为小单体的一种坍落度保持型聚羧酸超塑化剂，由聚醚大单体、不饱和一元酸和衣康酸共聚，得到聚羧酸保坍剂。但是该方法制备的聚羧酸超塑化剂减水率低，还有待提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚羧酸盐减水剂及其制备方法，该减水剂减水率高、保坍性好。

本发明提供的一种聚羧酸盐减水剂，先用衣康酸和聚醚大单体甲氧基聚乙二醇酯化合成大单体，然后和水溶性的不饱和酸和/或衍生物在水溶液条件下共聚合成，其重均分子量为20000～60000，其结构式为：

式中：R₁示氢原子或者羧基

R₂示氢原子、甲基基团或者羧基

M表示羟基、胺基或C原子数1～5的醚基

a＝5～60，b＝5～60，n＝10～120。

本发明提供的一种聚羧酸盐减水剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)酯化反应：以对甲苯磺酸为催化剂，甲苯为带水剂，通过甲氧基聚乙二醇与衣康酸在甲苯回流温度下酯化反应6小时，减压蒸馏除去带水剂等杂质，得甲氧基聚乙二醇衣康酸单酯和剩余衣康酸的混合物；原料配比：甲氧基聚乙二醇∶衣康酸＝1∶1.2～1.5(摩尔比)；对甲苯磺酸用量为甲氧基聚乙二醇和衣康酸总质量的4％～6％，甲苯的用量为甲氧基聚乙二醇和衣康酸总质量的50％～80％；反应式如下：

式中：n＝10～120，优选为10～50。

(2)共聚反应：以过硫酸盐为引发剂，将步骤(1)中所得的甲氧基聚乙二醇衣康酸单酯与剩余的衣康酸的混合物与水溶性的不饱和酸和/或其衍生物在60～85℃下共聚3～5h，得到聚羧酸盐减水剂；原料配比：甲氧基聚乙二醇衣康酸单酯与剩余衣康酸的混合物∶水溶性的不饱和酸和/或衍生物＝1～1.5∶4；引发剂用量为聚合单体总质量的6％～10％；反应式如下：

式中：R₁示氢原子或者羧基

R₂示氢原子、甲基基团或者羧基

M表示羟基、胺基或C原子数1～5的醚基

a＝5～60，b＝5～60；n＝10～120，n优选为10～50。

所述自由基共聚合反应的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾或过硫酸钠等。

若水溶性的不饱和酸聚合活性较大时，聚合反应需加入链转移剂，如巯基乙酸。