[发明专利]一种抗泥保坍型聚羧酸减水剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种抗泥保坍型聚羧酸减水剂及其制备方法，先用甲苯对聚醚单体进行回流带水，并通过减压蒸馏蒸出剩余的甲苯；脱水的聚醚单体依次和异氰酸糠酯、N‑氨基甲酰马来酰亚胺进行封端反应，得到功能性封端聚醚单体；该单体与水、引发剂、链转移剂和丙烯酸混合加热反应后，加碱溶液中和至pH值为6～7即得聚羧酸减水剂母液。本发明制备的功能性封端聚醚单体的末端连有物理尺寸较大的环状结构和酰胺/酰亚胺结构。用该功能性封端聚醚单体制备聚羧酸减水剂时，聚醚侧链末端物理尺寸较大的环状结构可阻止聚醚侧链嵌入粘土的间层中，起到抗泥的效果；聚醚侧链末端的酰胺/酰亚胺结构可提高聚羧酸减水剂的分散能力和保坍性能。

技术领域

本发明涉及一种抗泥保坍型聚羧酸减水剂及其制备方法，属于混凝土功能助剂领域。

背景技术

聚羧酸减水剂是由富含羧酸基团、磺酸基团的主链和聚氧化乙烯侧链组成的梳形结构水溶性高分子，具有结构可设计、掺量低、减水率高等优点，被越来越广泛地应用于混凝土工程。随着我国建筑行业的快速发展，砂石消耗量大，优质砂石资源稀缺，砂石含泥量较高。大量的工程实例及研究表明，聚羧酸减水剂对混凝土集料中的含泥量十分敏感，当混凝土体系中的含泥量较高时，聚羧酸减水剂表现出减水率不足、坍落度损失大等现象。目前市场上通常采用超掺量和复配两种方法来解决砂石材料含泥量高的问题，这将大大提高单方混凝土的外加剂成本，同时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设计出发，通过引入功能基团，开发一种适用于高含泥集料、制备过程简单的高性能聚羧酸减水剂，对促进聚羧酸减水剂在混凝土工程中的应用具有重要意义。

目前广泛使用的聚醚型聚羧酸减水剂对混凝土集料的含泥量敏感的一个重要原因是它的聚醚侧链极易嵌入粘土的间层中，从而失去对水泥颗粒的分散作用，导致单位体积中有效减水剂分子浓度降低，混凝土初始流动度降低、流动性损失过快过大。针对这一问题，中国发明专利CN 104710580 B采用大分子羧酸对聚醚单体的末端羟基进行酯化封端，以增加末端的物理尺寸，进而增加了由封端聚醚制备的聚羧酸减水剂分子侧链末端的物理尺寸，使聚醚侧链不易进入粘土的间层中，从而达到抗泥的效果。该方法很好地阻止了聚醚侧链嵌入粘土的间层中，但存在酯化封端反应需高温和催化、易发生副反应等问题。

另一方面，在聚羧酸减水剂分子中引入酰胺或酰亚胺结构，能够显著提高聚羧酸减水剂的分散能力和保坍性能，增加聚羧酸减水剂对混凝土材料的适应性，典型的例子是被称为第三代聚羧酸减水剂的酰胺/酰亚胺型聚羧酸减水剂(参见：建筑材料学报，2012，15(1)：22-26；硅酸盐学报，2013，41(8)：1079-1086)，但其生产成本高而未能进入实用阶段。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种功能性封端聚醚单体，并将其用于制备抗泥保坍型聚羧酸减水剂。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种抗泥保坍型聚羧酸减水剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)回流除水：将聚醚单体加热至全部熔化后，加入占聚醚单体质量10～15％的甲苯进行回流带水，至无水带出后，进行减压蒸馏蒸出剩余的甲苯；

(2)异氰酸糠酯封端：向步骤(1)脱水的聚醚单体中加入异氰酸糠酯，在70～80℃下搅拌反应2～3小时；

(3)N-氨基甲酰马来酰亚胺封端：向步骤(2)得到的产物中加入N-氨基甲酰马来酰亚胺，在70～80℃下搅拌反应3～4小时，得到功能性封端聚醚单体；

(4)将步骤(3)得到的功能性封端聚醚单体与水、引发剂、链转移剂和丙烯酸混合加热反应后，加碱溶液中和至pH值为6～7即得抗泥保坍型聚羧酸减水剂。

优选地，步骤(1)中，所述聚醚单体为甲基烯丙基聚氧乙烯醚单体或异戊烯基聚氧乙烯醚单体。

所述减压蒸馏的温度为55～70℃，压力为10～15mmHg；回流除水的目的是尽可能除去聚醚单体中的水分，避免异氰酸糠酯与水反应。