[发明专利]一种聚羧酸系减水剂及其合成方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种减水剂及其制备方法，确切地说是一种衣康酸改性的聚羧酸系减水剂及合成方法，属于建筑材料技术领域。

二、背景技术

聚羧酸系减水剂是一类含羧基的高分子表面活性剂，其分子结构呈梳形，主链由含羧基的活性单体聚合而成，侧链则通过含功能性官能团的活性单体与主链共聚得到。聚羧酸系减水剂作为新一代产品，具有掺量低，减水率高，坍落度损失较小等优点。聚羧酸系减水剂的应用于几乎所有国家重大、重点工程中，尤其在水利、水电桥梁等工程中得到广泛使用。

目前聚羧酸系高效减水剂的合成主要是由聚乙二醇单甲醚丙烯酸酯与甲基丙烯酸、丙烯磺酸钠等单体以及引发剂，在70~90℃下反应4~9h，冷却后用氢氧化钠调节pH值到7-8。该工艺所用原材料价格较高使得聚羧酸系减水剂成本较高，与目前广泛使用的萘系减水剂相比缺乏市场竞争力。如果聚羧酸系减水剂的生产能简化工艺和降低成本则会大大增强市场竞争力，应用更加广泛。衣康酸（IA）是一种不饱和二元羧酸，含衣康酸的高聚羧酸类减水剂可以步提高水泥浆体的流动性，增加减水剂分散性能，并且该减水剂中的—COO^-能与Ca²⁺形成络合物，从而使溶液中的Ca²⁺的浓度降低，延缓Ca(OH)₂形成结晶，减少C-H-S凝胶的形成，延缓了水泥水化，使得水泥浆体的分散保持性能大大提高。而且我国衣康酸产量丰富，价格适中。目前，国内暂时没有相关合成工艺方面的研究成果。

三、发明内容

本发明旨在提供一种原材料价格较低、产品性能优异的聚羧酸系减水剂及其合成方法，以克服现有减水剂原材料成本高且不可再生的缺点。

本发明聚羧酸系减水剂的结构通式为：

其中m、n、x、y、z表示聚合度，m=1~5，n=12~44，x=3~7，y=4~12，z=9~18，所述聚羧酸系减水剂的分子量为10000~50000。

本发明聚羧酸系减水剂的制备方法，包括丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯的制备和共聚各单元过程：

所述丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯的制备（王文平，朱国军，沈强，等.蔗糖酯改性聚羧酸减水剂的合成[J].新型筑材料.2010.8:24-26.）是将丙烯酸、聚乙二醇单甲醚、阻聚剂、催化剂和溶剂甲苯混合，在氮气保护下于120℃搅拌反应6-7h，反应结束后除去溶剂，得到丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯（MPA）；其中丙烯酸与聚乙二醇单甲醚的摩尔比为1:3，阻聚剂用量为丙烯酸摩尔量的3%，催化剂用量为丙烯酸与聚乙二醇单甲醚总质量的4%。

所述聚乙二醇单甲醚的分子量为600~2000；

所述阻聚剂为对苯二酚；

所述催化剂为对甲苯磺酸。

所述共聚是以衣康酸、丙烯酸、丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯和甲基丙烯磺酸钠为单体，以去离子水为溶剂，在氮气保护下于20-30℃同时分别滴加引发剂的去离子水溶液和单体的去离子水溶液，80-90℃保温反应6-7h，反应结束后用氢氧化钠溶液调节体系的pH值6-7，冷却至室温后即得到固含量为20-40%的衣康酸改性的聚羧酸类减水剂；其中衣康酸、丙烯酸、丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯和甲基丙烯磺酸钠的摩尔比为（0.3-1.3）：3.5：1：1；所述引发剂选自过硫酸铵或过硫酸钾；引发剂的添加量为单体总质量的2.0-3.5%。

本发明中，在聚羧酸主链上引入衣康酸，该聚羧酸减水剂的极性亲水基团定向吸附于水泥颗粒表面，多以氢键形式与水分子缔合，加上水分子之间的氢键缔合，构成了水泥微粒表面的一层稳定的水膜，从而阻止了水泥颗粒间的直接接触，增加了水泥颗粒间的滑动能力，起到润滑作用，进一步提高水泥浆体的流动性，衣康酸上的—COO^-同时具有一定的缓凝效果。该减水剂具有高减水率和良好的坍落度保持能力，能满足混凝土较高的施工要求，并提高混凝土的强度20%-40%。

本发明中，用衣康酸部分取代丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯，即用衣康酸钠代替聚乙二醇单甲醚，目前市场上聚乙二醇单甲醚的价格为14000元/吨，而衣康酸的价格为12500元/吨，低于聚乙二醇单甲醚的价格，并且用衣康酸部分取代丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯所合成的聚羧酸系减水剂的减水分散效果更好，塌落度损失小。

四、附图说明