[发明专利]一种多元吸附聚羧酸减水剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种多元吸附聚羧酸减水剂，其组成为30~60%wt的具有多元吸附官能团的大分子和水，所述具有多元吸附官能团的大分子有聚乙二醇侧链，其聚合物主链的吸附基团有羧酸基团、磺酸基团和膦酸基团，且所述磷酸基团通过亲核加成的方式链接到所述具有多元吸附官能团的大分子的主链上。相比于传统的聚羧酸减水剂，该减水剂在保持高减水效能的同时，对不同水泥和骨料的适应性得到明显改善，在多种不同等级的水泥中均能较好发挥减水效能，同时，对机制砂等含杂质较多的骨料耐受性较好。

技术领域

本发明涉及一种多元吸附聚羧酸减水剂及其制备方法和应用，属于建筑材料技术领域。

技术背景

近年来，随着建筑工程向大型化发展、各类超高层、大跨度建筑工程日益增多。减水剂作为制备这些工程中所用的高性能混凝土所不可或缺的外加剂，对其性能的需求也随之增加。聚羧酸高性能减水剂作为目前减水剂中减水效能最强的一类，在大型工程的作用日益关键。目前主流的聚羧酸减水剂仍然是以(甲基)丙烯酸为主链、聚乙二醇为侧链的梳形高分子化合物，其主链吸附基团的类型和活性相对单一，对于不同水泥、砂和粗骨料材质的适应性有待改进，由于我国幅员辽阔，各地建材的组分和品质不尽相同，使得聚羧酸在应用中常因为与建材不适应出现效能发挥不稳定的问题。如何解决这一问题，是聚羧酸高性能减水剂开发应用中的重要课题。

近年来，业界的研究和专利报道表明，在聚羧酸中引入膦(磷)酸基，是解决聚羧酸减水剂适应性问题的有效手段。专利CN107936209A报道了一种基于缩聚的以芳香族衍生物甲醛缩合物为骨架的高适应性减水剂及其制备方法，但是缩聚型反应制备减水剂副反应相对较多，对反应操作的控制要求较高。专利CN108276533A报道了一种含有膦酸基团的高适应性减水剂及其制备方法，但该专利中，膦酸基以酯键间接与其他结构单元相连，在高碱性的水泥浆体中容易水解失效。专利CN106832147B报道了一种含膦酸基团的聚羧酸减水剂的制备方法。该过程中膦酸基单体的制备需用到较难保存的酰氯且过程中有大量的有毒、腐蚀性的氯化氢气体产生。

上述专利中膦酸基单体的制备大多要涉及较为复杂的反应以及部分产生有害三废的过程。

发明内容

在上述技术背景下，本发明提供一种多元吸附聚羧酸减水剂及其制备方法和应用。所述多元吸附聚羧酸减水剂具有减水高、适应性好的特性。

本发明所述多元吸附聚羧酸减水剂，其组成为30～60％wt的具有多元吸附官能团的大分子和水，所述具有多元吸附官能团的大分子有聚乙二醇侧链，所述具有多元吸附官能团的大分子的聚合物主链的吸附基团有羧酸基团、磺酸基团和膦酸基团，且所述磷酸基团通过亲核加成的方式链接到所述具有多元吸附官能团的大分子的主链上。所述多元吸附聚羧酸减水剂的吸附基团的多样性使得该减水剂对不同的胶凝材料体系适应性良好。

所述具有多元吸附官能团的大分子的分子量范围在20.0～35.0kDa之间。该具有多元吸附官能团的大分子的分子结构中具有下述聚合物链段：

(1)包含至少一个如式1所示的结构单元1：

式中，M₁为氢或钠。

(2)包含至少一个如式2所示的结构单元2：

式中，M₂为氢或钠。

(3)可选地，可包含如式3所示的结构单元3：

式中，M₃为氢或钠。

(4)包含至少一个如式4所示的结构单元4：

式中，M₄为氢或钠。