[发明专利]一种超支化聚羧酸混凝土高效减水剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及建筑材料中混凝土外加剂技术领域，具体涉及一种可用作混凝土高效减水剂的超支化聚羧酸及其制备方法。

背景技术

水泥分散剂(减水剂)具有吸附在水泥粒子上从而抑制水泥粒子凝聚、提高混凝土在使用时的分散性的作用。

用作水泥分散作用的物质有很多，包括木质素磺酸盐、萘磺酸盐/甲醛缩聚物、苯酚/对氨基苯磺酸/甲醛缩聚物、三聚氰胺磺酸盐/甲醛缩聚物、聚羧酸类梳形共聚物等等。

从结构特点上看，前几种水泥分散剂主要以磺酸基为吸附基团，缺乏有效的提供空间位阻作用的侧链，分子结构单一，可调性差，对水泥的分散作用有限，掺量高并且减水率低。

聚羧酸类梳形共聚物具有富含羧基吸附基团的主链提供的吸附作用，又具有亲水性较好的侧链提供的空间位阻作用，较大的提高了对水泥的分散作用。目前，国内外开发的聚羧酸超塑化剂大多为(甲基)丙烯酸/酯共聚物或烯基聚乙二醇/马来酸/丙烯酸共聚物减水剂，这两类减水剂的分子结构大多呈梳型，具有制备工艺简单、成本低、坍落度保持性能好等优点，但是仍然满足不了现代混凝土工程对高性能减水剂的要求。因此，开发星形结构、超支化结构等新型结构的聚羧酸类超塑化剂，提升其分散性能、分散保持性能，成为聚羧酸超塑化剂的研究方向之一。

另一方面，混凝土强度的提高主要通过降低水胶比来实现，这也导致了混凝土粘度较大，引发混凝土搅拌、运输、泵送等一系列的施工问题，很大程度上限制了高强与超高强混凝土的推广与应用。目前可采用的降粘方法主要是从有机外加剂和掺合料两方面开展。添加的有机外加剂主要是引气剂，引气剂的掺入使混凝土拌合物内形成大量微小的封闭球状气泡，这些微气泡如同滚珠一样，减少骨料颗粒间的摩擦阻力，从而降低粘度，但是引气剂降粘作用有限，引入的气泡对高强混凝土的强度产生不利影响，关于减水剂对混凝土粘度作用机理尚不清晰，有机降粘剂的研发仍无突破性进展，目前还未出现混凝土有机降粘剂的相关专利；而掺合料方面同样没有出现关于混凝土降粘剂的专利或是文章，目前主要是通过掺入大量粉煤灰改善混凝土工作性能，众所周知掺入粉煤灰可以降低混凝土粘度，但是对于高层、高强或超高强混凝土其降粘效果十分有限。

CN101580353报道了一种超支化聚羧酸超塑化剂及其制备方法，由(甲基)丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯磺酸钠、烯丙基聚氧乙烯醚在引发剂偶氮二氰基戊酸作用下生成共聚物主链，再由(甲基)丙烯酸与乙二胺反应形成超支化共聚物。该产品具有掺量低、减水率高、坍落度损失小等优点，但是制备工艺复杂，需经聚合、减压蒸馏、缩合、水解回流、分离提纯等步骤，同时用到多种有机溶剂，生产成本较高，也容易造成环境污染。

CN102504247报道了一种超支化聚合物、超支化型聚羧酸超塑化剂及其制备方法，先由烯基胺与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠加成反应得到中间体，再与甲氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇双(甲基)丙烯酸酯共聚得到，具有减水率高、坍落度保持性能好等优点。但是，其制备过程中仍用到有机溶剂，易造成环境污染，同时提高生产成本。

因此，现在已知的技术包含了一些作为混凝土减水剂的超支化聚羧酸超塑化剂的结构和制备方法。但是由于原材料、工艺路线等的原因，其经济性和环保性制约了其工业化的应用。

综上所述，提供一种合成方法简单，工艺要求低，生产成本小，溶剂回收方便，环境污染小的制备超支化聚羧酸的方法是十分必要的。

发明内容

本发明旨在克服现有聚羧酸减水剂对水泥的分散效果有限，降粘效果不足的问题，提供一种超支化聚羧酸混凝土高效减水剂的制备方法，生产出的产品具有掺量低、减水率高、坍落度损失小、水泥适应性好、降粘等优点，而且制备工艺过程简单。

本发明的技术原理：采用自缩合乙烯基聚合法合成超支化聚羧酸。

本发明提供的超支化聚羧酸混凝土高效减水剂的制备方法，由单体a与b发生自缩合乙烯基聚合反应，单体a与b的摩尔比满足：a/b＝1/2～1/10，

其中单体a的分子结构符合通式①：

式中R₁为H或者CH₃，R₂为H或者1～4个碳原子的烷基；X为O、CH₂O、CH₂CH₂O、COO，AO为2～4个碳原子的氧化烯基或者两种以上的这种氧化烯基的混合物，n为AO的平均加成摩尔数，其为5～200的整数；当均聚物分子的结构单元中AO为不同碳原子数的氧化烯基时，(AO)n为无规共聚或嵌段共聚结构；