[发明专利]抗泥型聚羧酸减水剂的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种抗泥型聚羧酸减水剂的制备方法及应用，属混凝土外加剂技术领域。

背景技术

化学外加剂的添加可以极大提高混凝土的耐久性、工作性、适用性、经济性和强度，为大型工程的质量提供了有力保障，因此它的广泛应用被誉为是继钢筋混凝土、预应力混凝土之后的混凝土技术的第3次重大突破。

聚羧酸减水剂，由于其掺量低、减水率高、保坍性好、分子结构可调性强、绿色环保等优点，成为目前混凝土用外加剂市场的最重要的产品。聚羧酸减水剂是一种梳形的水溶性高分子，它由富含羧酸基团的主链和聚氧化烯基的侧链组成。聚羧酸主链上的羧酸基团可以定向吸附在带正电的水泥或者水泥水化物的表面，而聚氧化烯基侧链在溶液中伸展形成水化层以提供空间排斥力防止水泥团聚，因此它就赋予了水泥浆体良好的流动性。

随着建筑行业的快速发展，优质的砂石资源逐渐消耗殆尽，各地的砂石资源趋于劣化，特别是大中城市，使用的砂石含泥量偏高。而聚羧酸减水剂对于骨料中的含泥量特别敏感，因为泥料中包含的粘土可以大量吸附聚羧酸减水剂，使其减水率和保坍性均大大降低，严重影响混凝土的工作性能。目前市场上通常采用超掺量和复配两种方法来应对高含泥量的砂石材料，但这会大大提高单方混凝土外加剂的成本，或者带来一些额外生产工艺的麻烦。因此，从聚羧酸减水剂分子结构本身出发，通过引入一些能够减少粘土吸附的功能基团，开发出一种抗泥型聚羧酸减水剂，可以大大提高聚羧酸减水剂的在全国范围内的适用性，对建筑行业的发展具有重要意义。

中国专利文献CN 103897116 A公布了一种抗泥型聚羧酸系减水剂的制备方法，以乙烯基聚氧乙烯醚、苯乙烯磺酸钠、丙烯酸及丙烯酰胺类化合物为单体，通过自由基共聚反应制得这种抗泥型减水剂。该产品在含泥的混凝土中有较好的分散性，坍落度损失小，对于各地区的水泥种类适应性好，且生产过程无污染，但是该产品存在生产成本高，减水率低等缺点。

中国专利文献CN 103467670 B公布了另一种抗泥型聚羧酸系减水剂的制备方法，该方法首先使用环氧溴丙烷与叔胺类化合物在醇/水混合溶剂中反应得到季铵盐低聚物，随后将此季铵盐低聚物与异戊烯醇聚氧乙烯醚、氨基三亚甲基膦酸、不饱和酸通过自由基共聚得到该抗泥型聚羧酸系减水剂，该产品能够降低骨料中的含泥量对聚羧酸系减水剂的不良影响，能够在不提高掺量的前提下解决混凝土减水不够、坍落度损失大、强度偏低等问题，但是该产品存在生产步骤繁琐，生产过程污染大等缺点。

发明内容

发明目的

本发明的一个目的是提供一种抗泥型聚羧酸减水剂的制备方法，所述抗泥型聚羧酸减水剂具有掺量低、减水率高、保坍时间长和抗泥性强的优点，并且合成工艺简单，原料利用率高，溶剂回收方便，生产成本低。

本发明的另一个目的是提供所述抗泥型聚羧酸减水剂作为水泥分散剂的应用。

发明概述

研究表明，聚醚侧链中的氧原子可通过水分子的桥联吸附于粘土层的硅醇基团，这就使聚羧酸分子趋向于进入粘土结构内部，而不是吸附在水泥颗粒表面，由此导致减水剂性能损失严重。故本发明将聚(N-乙烯基吡咯烷酮)引入聚羧酸分子的侧链结构中，大大降低聚醚侧链所占比例，合成出一种抗泥型聚羧酸减水剂。

在本发明的第一方面，提供了一种抗泥型聚羧酸减水剂的制备方法，由不饱和酸单体、不饱和聚醚大单体与PVP大单体进行自由基共聚反应而得，其中：

不饱和酸单体结构式如(Ⅰ)所示：

其中，R₁为-H或-COOH，R₂为-H、-CH₃或-CH₂COOH；

不饱和聚醚大单体结构式如(Ⅱ)所示：

其中，R₃为-H或-CH₃，R₄为-CH₂-或-CH₂CH₂-，n＝20～70；

PVP大单体结构式如(Ⅲ)所示：

其中，R₅为-H或-CH₃，M为-O-或者-NH-，m＝8～35，为N-乙烯基吡咯烷酮单元结构的平均摩尔加成数，R₆为引发聚合的自由基；

所述不饱和聚醚大单体的摩尔量是PVP大单体的50％～100％。