[发明专利]一种主链羧基密度可调的高效聚羧酸减水剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型主链羧基密度可调性聚羧酸减水剂，属于精细化工技术领域。

背景技术

减水剂是一种提高矿渣基胶凝材料和混凝土制品必不可少的一种化学外加剂，它能够在较低水灰比的情况下，显著提高制品的工作性、密实度、强度和耐久性等综合性能。聚羧酸类减水剂为第三代减水剂产品，它不但可以大幅度提高矿渣基胶凝材料和混凝土的综合性能，还具有低掺量、绿色环保、分子结构自由度大等特点，应用前景极为广泛。目前国内外对聚羧酸类减水剂的研究主要集中在以下几个方面：（1）聚合物合成方法和工艺的研究；（2）结构与性能间的关系探索；（3）通过已有的理论基础设计出聚合物分子；（4）由结构与性能的关系对减水剂作用机理进行推测；（5）通过作用机理和研究规律的指导，逐渐探索合成性能更优的减水剂新工艺。正是由于聚羧酸类减水剂的分子结构设计的多样性，以及其结构与性能之间存在必然的联系，使得该领域的研究十分活跃，高性能的新型聚羧酸减水剂层出不穷。

典型聚羧酸减水剂是一种具有表面活性的接枝共聚物，呈梳型结构，通常由主链和侧链两个基本组成部分。其主链上一般含有大量的可电离羧基基团，这些羧基在水中电离后，通过离子间作用力将减水剂分子吸附并锚固在水泥颗粒表面，使水泥颗粒间具有静电斥力；侧链通常为相对分子量为500～3000的聚乙二醇单甲醚或聚丙二醇单甲醚等亲水性聚醚长链，它可在水中充分伸展，为水泥颗粒提供空间位阻斥力，提高水泥颗粒的分散性。上述两种斥力的共同作用，大幅度地提高了水泥颗粒分散性，使得添加了聚羧酸减水剂后的水泥制品具有优越的综合性能。

对聚羧酸型减水剂，羧基是使减水剂分子与水泥颗粒发生相互作用的基础，在与水泥和水混合后，羧基基团可通过以下几种方式与水泥颗粒发生作用：① 部分羧基电离成羧酸根离子，与水泥颗粒表面的阳离子产生静电吸引作用，使减水剂分子得以吸附在水泥颗粒表面并发挥作用；② 部分电离后的羧酸根离子游离在水相中，与其它水泥颗粒上的阴离子产生静电斥力，阻止水泥颗粒间的团聚；③ 当减水剂分子吸附在水泥颗粒表面时，外侧的羧基利用其强亲水性，可在水泥颗粒外部形成水膜包裹层，有效地减小了水泥颗粒间的摩擦阻力，提高了流动性；④ 电离后的羧酸根离子能和水泥浆体中的钙离子形成络合物，使得水泥浆体中的钙离子减少，延缓了水泥的早期水化；⑤ 羧基密度过高将导致吸附作用过强，使减水剂的分散保持性下降。⑥ 通过调节减水剂中亲水和疏水性基团比例，可有效改变减水剂的HLB值，进而使水泥保持适宜的引气性。由此可见，聚羧酸减水剂分子中羧基密度过大或过小都会影响其综合性能。因此，适宜的羧基密度是获得高性能聚羧酸减水剂的关键。目前，与本发明内容相同的研究工作未见报道，与本发明相关的研究主要有：

童代伟（混凝土, 2004, 9: 35-37.），靳林（中山大学学报, 2008, 47(2): 74-78），李崇智（建筑材料学报, 2002, 5(4): 326-330）研究了引发剂、反应条件对聚羧酸减水剂的分子量和分散性能的影响。研究结果表明，分子量过高或过低都会导致减水剂的分散性能下降。相关研究未涉及主链羧基密度对聚羧酸减水剂性能的影响。

K. Yamada等（Cement and Concrete Research, 2000, (30): 197–207），T. Nawa等（Japan Cement Association, 1999, (53):751-758），E. sakai等（Journal of Advanced Concrete Techonlogy, 2003, 1(1): 16-25），B. Felekoglu等（Construction and Building Materials, 2008, (22):1972–1980），李崇智（混凝土,2002, (4) :3-5），韩明（新型建筑材料, 2008, (3): 19-21），徐雪峰（新型建筑材料, 2006, 1: 55-57），郑文嫣（化学建材, 2007, 23(4): 44-46）系统研究了聚醚侧链的结构、分子量、接枝密度等对马来酸系和甲基丙烯酸系聚羧酸减水剂的凝结时间，分散性、分散保持性和强度的影响。研究结果表明，侧链的结构、分子量和接枝密度均能对减水剂的性能产生影响。相关研究也未涉及主链羧基密度对聚羧酸减水剂性能的影响。