[发明专利]含改性水溶性丙烯酸酯的聚羧酸减水剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及建筑材料，特别涉及减水剂，具体属于一种利用多羟基醇类碳水化合物酯化改性的水溶性丙烯酸酯参与的聚羧酸减水剂及其制备方法。

背景技术

减水剂是现代混凝土中除水泥、砂、石、水、掺和料外，必不可少的一个组分。减水剂是在保证混凝土拌合物和易性相同的条件下，减少用水量的外加剂，使用减水剂，可以降低水泥用量、提高混凝土的工作性和耐久性，是预拌混凝土的核心。一般认为，减水剂的发展分为三个阶段：以木钙为代表的第一代普通减水剂阶段，以萘系减水剂为代表的第二代高效减水剂阶段和目前以聚羧酸减水剂为代表的第三代高性能减水剂阶段。

市场上现在的主流产品是丙烯酸与不饱和聚醚类大单体共聚合成聚羧酸减水剂，小单体为丙烯酸，通过自由基引发聚合反应制得。聚合出的聚羧酸减水剂产品性能较好，减水率高，保持效果好，与水泥的适应性好，但此类产品对混凝土材料要求较高，掺量敏感，对含泥的耐受力较差。

葡萄糖、柠檬酸、山梨醇、糊精等小分子多羟基醇类碳水化合物，是广泛应用于混凝土建筑施工中的外加缓凝调节剂，通过与高效聚羧酸减水剂复配使用，可以改善混凝土的工作性能，增加混凝土浆体的流动性，延缓混凝土的凝结时间。

本发明中，首先将此类小分子多羟基醇类碳水化合物与丙烯酸直接反应酯化，制备水溶性的改性丙烯酸酯小单体，然后使用改性小单体进行聚合制备聚羧酸减水剂，使多羟基醇类调节剂的调节作用直接包含于减水剂中，优化了减水剂的性能。

发明内容

本发明旨在提供一种含改性水溶性丙烯酸酯的聚羧酸减水剂及其制备方法。

本发明提供的一种含改性水溶性丙烯酸酯的聚羧酸减水剂，其特征在于结构通式为：

式中M为不饱和聚醚类大单体，结构通式为：

其中：a、b、c、m、n表示聚合度，a＝60-140，b＝40-140，c＝20-35，m＝0-2，n＝60-130；

R₁表示多羟基醇类基团，具体为葡萄糖、山梨醇、柠檬酸、糊精等；

R₂表示—H原子或—CH₃基团。

本发明提供的一种含改性水溶性丙烯酸酯的聚羧酸减水剂的制备方法，步骤包括：

(1)对丙烯酸进行酯化改性：将多羟基醇类碳水化合物加入丙烯酸中，再加入阻聚剂和催化剂，加热溶解，然后在90～105℃下进行酯化反应4～7h，制得丙烯酸酯小单体；

所述的多羟基醇类碳水化合物与丙烯酸的摩尔比为1:3.2-4；

所述的催化剂为对甲苯磺酸，加入量为丙烯酸质量的2％-3.5％；

所述的阻聚剂是对苯二酚、对苯二醌或对甲氧基苯酚，加入量为丙烯酸质量的0.5％-4％；

所述的反应温度优选100～105℃之间。在本反应过程中，反应温度需进行严格控制，若低于100℃，则酯化反应不能完全进行，剩余较多的多羟基醇，需延长反应时间；若高于110℃，则丙烯酸会发生自聚，生成不溶于水的凝胶状物质。

(2)利用丙烯酸酯小单体进行共聚反应：在反应器中加入聚氧乙烯醚类大单体和去离子水，加热使之充分溶解，制成反应底液；将步骤(1)制得的丙烯酸酯小单体、丙烯酸、维生素C(引发剂)、链转移剂溶于去离子水中，配制成滴加液；控制反应底液温度25～30℃，加入双氧水(引发剂)，再将滴加液匀速滴入反应底液中，滴加时间为2～3h，在25～30℃下搅拌保温反应1h；然后使用氢氧化钠水溶液调节反应溶液pH值至7～8，即制得含固量35～40％的聚羧酸减水剂。

所述的不饱和聚醚类大单体、水溶性丙烯酸酯小单体、丙烯酸的摩尔比为1:2.8–4:0–2.2；

所述的引发剂维生素C用量为大单体总质量的0.15％-0.3％；

所述的引发剂双氧水用量为大单体总质量的0.8％-1.5％；

所述的链转移剂为巯基乙酸，用量为大单体总质量的0.5％-1％。

所述的不饱和聚醚类大单体为分子量范围为2500–5000的聚氧乙烯醚类大单体，具体为3碳大单体烯丙基聚氧乙烯醚、4碳大单体甲基烯丙基聚氧乙烯醚或5碳大单体异戊烯基聚氧乙烯醚等。

与现有技术相比，本发明的优点和有益效果：

本发明制备的新型改性丙烯酸酯，所用到的原料葡萄糖等多羟基醇类碳水化合物，原料简单，来源方便，且安全、无毒、无污染；丙烯酸酯制备完成后不需纯化，可直接用于聚羧酸减水剂的合成中，工艺操作简单。