[发明专利]一种磺化苯乙烯-马来酸酐接枝聚醚型减缩型聚羧酸减水剂

说明书

本发明公开了一种磺化苯乙烯‑马来酸酐接枝聚醚型减缩型聚羧酸减水剂及其制备方法。本发明所述减水剂首先由苯乙烯单体与马来酸酐制得苯乙烯‑马来酸酐共聚物，之后与磺化剂单体制得磺化苯乙烯马来酸酐共聚物，单体C通过酯化反应接枝到磺化苯乙烯马来酸酐共聚物主链中制得；所述单体C为一端以碳原子数为4‑6的直链、带支链或环状的烷基封端，另一端以羟基封端，中间为疏水改性聚醚链段。本发明引入可显著降低孔溶液表面张力及提供空间位阻效应的端疏水改性聚醚支链，引入能够提高主链电负性的磺酸基，使合成的接枝共聚物具有能产生空间位阻的长支链和强的极性基团，以实现大减水、高保坍的高性能减水剂的要求。

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，特别涉及到混凝土外加剂技术领域，具体涉及到一种磺化苯乙烯—马来酸酐接枝聚醚型减缩型减水剂及其制备方法。

背景技术

高性能混凝土(HPC)具有高强度、高流动性和优异的耐久性。在优化HPC性能的同时伴随着新问题的出现，其中最严峻的问题之一就是混凝土收缩开裂的加剧。所以通过何种途径来减小混凝土的收缩已经成为当前工程界研究的重点。

混凝土减缩剂通过降低混凝土毛细孔内水的表面张力、减少水分蒸发过程的收缩力来降低混凝土的收缩，以达到减少混凝土裂缝的目的。但减缩剂存在影响混凝土强度、掺量高、价格高等问题，目前尚未大面积推广使用。

聚羧酸减水剂是目前市场上综合性能较好的一种混凝土外加剂，具有掺量低、减水率高、坍落度损失小等优点，可以明显改善混凝土拌合物性能，是近年来研究的最热点课题之一。聚羧酸减水剂的精细结构很多，但其结构都遵循一定的规则，即在重复单元末端或侧链含有某种功能性基团(如醚键、羧基、磺酸基等)，根据其主链结构的不同可以分为两类，即Ⅰ类以丙烯酸或甲基丙烯酸为主链，接枝不同侧链长度的聚醚；Ⅱ类以马来酸酐为主链接枝不同侧链长度的聚醚。其中Ⅰ类分为(a)：主链上带有COO-基团，聚醚侧链以COO酯键相连；(b)：苯乙烯和丙烯酸共聚物与单甲基聚醚的接枝物。Ⅱ类分为(c)：马来酸酐和烯丙醇醚的共聚物；(d)：苯乙烯和马来酸酐共聚物与单甲基聚醚的接枝物。其中苯乙烯和马来酸酐的共聚物，因为马来酸酐能引入羧基，并且可以与端羟基聚氧乙烯基醚进行酯化反应，从而引入聚氧乙烯基醚支链；而苯乙烯能较容易地磺化从而引入磺酸基团，使合成的接枝共聚物具有能产生空间位阻的长支链和强的极性基团，以实现大减水、高保坍的高性能减水剂的要求。

减缩型聚羧酸目前可归纳为三种：一种是具有一定减水功能的聚丙烯酸盐类减缩剂，属于减缩剂领域，缺点是减水率太小，难以满足高性能减水剂的要求，且掺量大；第二种是掺入后混凝土或砂浆收缩量相对较小的聚羧酸减水剂，由于没有从分子结构上引入减缩基团，该减水剂的分子结构与普通聚羧酸减水剂的分子结构相似，降低收缩的量也有限；第三种是聚羧酸减水剂从其分子结构上引入减缩基团，但由于传统低分子减缩剂的构效关系尚不明确，因此并没有指出何种分子结构的减缩基团适合接枝。

因此，通过对聚羧酸减水剂的结构优化，改变聚羧酸减水剂分子中主链、支链和羧基的化学结构，开发减水率高、保坍性好，同时又能有效降低混凝土收缩的多功能型聚羧酸减水剂，对提高混凝土结构的耐久性具有重要意义。

专利“CN1282622C”中公开了“一种聚醚接枝聚羧酸型混凝土减水剂的制备方法”得到磺化苯乙烯马来酸酐共聚物。本发明的减水剂，用于配制高强混凝土、泵送混凝土和自流平水泥、混凝土，能大幅度提高减水率和抗压强度，使水泥混凝土的流动性成倍提高。本发明中用于酯化接枝的聚醚侧链为聚乙二醇单烷基醚，所述的烷基为1～4个碳，但并未指出接枝聚醚的具体通式及分子量，也并未指出该共聚物具有减缩性能。

论文“聚羧酸系高效减水剂的合成及其性能研究”中，先将苯乙烯—马来酸酐共聚物与分子量为1250的甲氧基聚乙二醇进行酯化接枝反应，得到接枝共聚物，然后用发烟硫酸对接枝共聚物进行磺化，使该产物上引入磺酸基，最后用碱中和后得到聚羧酸高效减水剂。文中所用的接枝聚醚为制备聚羧酸减水剂的常用结构，且文中并未指出该减水剂同时具有减缩性能。