[发明专利]一种具有超高减水性能的混凝土减水剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种主链含有羧酸和磷酸吸附基团，侧链同时具有静电和空间位 阻双重稳定作用，因而具有超高减水性能的混凝土减水剂及其制备方法，属于混 凝土外加剂技术领域。

背景技术

以减水剂为代表的化学外加剂是现代混凝土的重要组成部分，更是制备高性 能混凝土必不可少的材料，被广泛应用于各种混凝土结构工程，特别是水电大坝、 桥梁隧道、海港码头等重要国家工程。

目前广泛应用的减水剂以高效减水剂和高性能减水剂为主，高效减水剂按照 生产原料不同可分为萘系减水剂、丙酮减水剂、氨基磺酸盐减水剂和三聚氰胺减 水剂，高效减水剂吸附在水泥颗粒表面，使不同颗粒之间产生一定的静电斥力， 避免了其聚并从而使浆体保持较好的流动性。聚羧酸系高性能减水剂，又称之为 聚羧酸系超塑化剂是由具有一定长度的聚醚大单体与含有羧酸、磺酸等官能团的 活性单体共聚而成的接枝共聚物混凝土减水剂。其通过主链上的羧酸、磺酸等官 能团提供吸附点，而聚醚长侧链提供空间位阻效应，从而赋予共聚物良好的分散 性能。

具有更高减水性能的新型减水剂是目前工业界和学术界研究的重点。中国专 利CN201110388985.6报道了一种采用环氧乙烷与环氧丙烷共聚物作为侧链的减 水剂；中国专利CN201410614701.4报道了一种先聚合-再水解的方法制备超高减 水性能的聚羧酸减水剂。但是上述产品归根到底仍然属于利用侧链环氧乙烷的空 间位阻作用来分散水泥，对减水性能的提升有限。

发明内容

针对现有减水剂对减水性能的提升有限的问题，本发明提供一种侧链同时具 有静电稳定和空间位阻稳定的减水剂及其制备方法，由于这种减水剂侧链同时具 有两种稳定作用，其减水性能得到大幅度提高。

本发明首先制得一种由不饱和羧酸单体、不饱和磷酸单体、具有紫外活性的 特殊单体和活性催化单体按一定比例共聚而成的紫外活性大分子，这种活性大分 子在紫外光的照射下，可在其分子链上的某些活性位点产生自由基，此时滴加一 定比例的乙烯吡咯烷酮和不饱和羧酸单体，将其接枝到大分子主链上，形成一定 长度的侧链。这种聚合物具有类似传统聚羧酸的结构，其主链上具有羧酸和磷酸 吸附基团，侧链为带有电荷的乙烯吡咯烷酮-羧酸共聚大分子，侧链通过静电排 斥和空间位阻的双重耦合作用阻止水泥颗粒凝聚，减水性能得到极大提升。

本发明提供了一种具有超高减水性能的混凝土减水剂的制备方法，包括如下 步骤：

(1)活性大分子F的制备：由不饱和羧酸单体A、不饱和磷酸单体B、紫 外活性的特殊单体C及助引发单体D在甲苯溶液中采用引发剂E利用热引发聚 合得到具有紫外活性的大分子F；

聚合浓度应控制在质量浓度为10～25％，聚合温度控制在60～70℃，聚合 时间控制在5～10h，聚合完成后通过减压蒸馏除去甲苯，得到固体的活性大分 子F，通过调控聚合浓度及引发剂用量控制其分子量在5000到9000之间；

所述引发剂E为偶氮二异丁氰(AIBN)或过氧化苯甲酰(BPO)，用量控制 在0.5～2％；其中C/(A+B)摩尔比率必须在0.1～0.4之间，B/A摩尔比率必须在 0.2～0.5之间，D/C摩尔比率必须在0.02～0.05之间；

(2)减水剂的制备：将步骤(1)制得的固体的活性大分子F加入到去离子 水中溶解，在紫外光的照射下，慢慢滴入N-乙烯基吡咯烷酮(N-VP)和单体A进 行接枝聚合反应得到最终的减水剂分子；

接枝聚合反应的浓度应控制在质量浓度为20～60％，N-乙烯基吡咯烷酮 (N-VP)和单体A的滴加时间控制在3～5h，滴加结束后继续反应0.5小时后得 到最终的减水剂产物，通过调控聚合浓度及滴加时间控制其分子量在20000到 100000之间；

所述(N-VP+单体A)/F的质量比在3～10之间，若高于10则后续得到的 减水剂主链吸附基团量偏少，造成对水泥颗粒的吸附偏弱；若低于3则后续得到 的减水剂侧链偏短，不足以分散水泥颗粒；

所述N-VP/单体A的摩尔比率应控制在5～20之间，若高于20则侧链所带 电荷量偏少，静电稳定作用不明显；若低于5侧链所带电荷量偏高，侧链中的静 电基团易对主链发生竞争吸附，影响吸附构象，使空间稳定作用减弱；

所述单体A的通式为：