[发明专利]一种低掺量高减水型聚羧酸系减水剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属混凝土外加剂技术领域，涉及一种低掺量高减水型聚羧酸系减水剂及其“一步一釜”制备法。

背景技术

高性能混凝土因高强、高耐久性、高工作性及体积稳定性等特性在全球范围内获得广泛的使用，其中减水剂是构成高性能混凝土不可缺少的五种组分之一。聚羧酸系减水剂具有掺量低、减水率高、分子结构设计自由度大、环境友好等优点，被誉为第三代混凝土超塑化剂，成为混凝土外加剂领域研究的热点和开发的重点。

目前，生产聚羧酸系减水剂有两种方法——一步法和两步法。一步法以烯丙基醇聚氧乙烯醚和酸酐等为主要原料，通过自由基聚合而成的聚醚型减水剂。如专利CN 102120805通过在不饱和聚氧乙烯醚和氧化剂的混合溶液中分别滴加还原剂溶液和单体溶液，共聚而成一种保坍型聚羧酸系高性能减水剂。又如CN 102030494采用两滴方式在聚醚大单体和部分小单体的混合水溶液中分别滴加剩余小单体与链转移剂混合水溶液和还原剂的水溶液，或滴加剩余小单体的水溶液和还原剂与链转移剂的混合水溶液，聚合而成的聚羧酸高性能减水剂。该方法采用溶液滴加的方式，操作繁琐，控制严格，且溶液的滴加速率直接影响减水剂的减水性和保坍性等。两步法中第一步为甲氧基聚氧乙烯醚与甲基丙烯酸(或丙烯酸)酯化，制备出甲氧基聚氧乙烯醚甲基丙烯酸酯(或丙烯酸酯)，第二步再将第一步制备的酯化产物与丙烯基磺酸钠(或甲基烯丙基磺酸钠)等小分子聚合而成聚酯型减水剂。如CN 102010487A以聚乙二醇甲醚和马来酸酐为主要原料，通过酯化反应合成聚乙二醇单甲醚马来酸酐活性大单体；再以该大单体、甲基丙烯磺酸钠和衣康酸为原料，通过自由基共聚制备出适用于戈壁滩环境的聚羧酸高效减水剂。该方法存在如下弊端：酯化反应温度较高、反应时间较长、能耗大，酯化反应中使用挥发性有机溶剂，如甲苯作为带水剂提高酯化率；使用有机溶剂作为聚合反应的介质。这些有机溶剂的使用将对环境造成不利影响，不符合可持续发展的要求。

以上有关聚羧酸系减水剂一系列问题的解决不能局限于调整反应物之间的组合和更换原材料，必须突破旧的合成理念，以发展的、整体的和宏观的眼光设计合理的分子结构，从而简化工艺，降低成本，提高性能，增强市场竞争力。

发明内容

本发明经过充分考虑以上所述各项专利的优势及不足，在系统研究自由基聚合原理和优化匹配单体活性的基础上，采用“一步一釜”法制备出一种工艺简单、能耗低、副反应少、掺量低和减水率高的聚羧酸减水剂。

为了实现上述发明，采用如下技术方案：一种低掺量高减水型聚羧酸系减水剂的制备方法，所采用原料的质量百分数为：单体A 30％～90％、单体B 5％～50％、单体C 5％～30％，引发剂D的用量为单体重质量的0.5％～8.0％；将单体A、单体B、单体C和蒸馏水加入到反应釜中，边搅拌边升温至40℃，待单体溶解后往反应釜中一次性加入引发剂D，搅拌至溶解，然后在60℃～90℃反应2-6小时；待反应物冷却后，用碱液调节pH至6～8，即得聚羧酸减水剂；其中，单体A为嵌段型聚氧烯醚单体，化学结构式如下：

式中，R₁和R₂表示H、-CH₃或-COOM基团；R₃O和R₄O表示2-8个碳原子的氧化烯基及其混合物，是均聚物或无规共聚物又或嵌段共聚物，R₃O与R₄O可相同可不同；p表示亚甲基的个数，为0-3的整数；m和n表示氧化烯基的平均加成摩尔数，为8-120的任意数；R₅表示H或1-6碳原子的烷基或其混合物；在该聚羧酸减水剂中，单体A为其中一种或多种混合使用；单体B为不饱和酸或不饱和酸衍生物，单体C为烯基磺酸类，引发剂D为偶氮类引发剂或过氧类引发剂。

一种低掺量高减水型聚羧酸系减水剂，其特征在于，该减水剂的原料的质量百分数为：单体A 30％～90％、单体B 5％～50％、单体C 5％～30％，引发剂D的用量为单体重质量的0.5％～8.0％；其中，单体A为嵌段型聚氧烯醚单体，化学结构式如下：