[发明专利]一种树状膦酸基减水剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种树状膦酸基减水剂及其制备方法，本发明所述树状膦酸基减水剂的树状结构的核心是聚酰胺‑胺（PAMAM）及其叠代反应获得的树状多胺基残基，所述树状多胺基残基的末端均为‑NH₂，‑‑NH₂，‑NH‑部分连接聚醚侧链，部分经亚磷酸化获得末端膦酸基。所述树状膦酸基减水剂一种全新结构的减水剂，能够有效阻止聚醚侧链在蒙脱土层间的吸附，提高减水剂的抗黏土性能，且膦酸基减水剂具有对水泥适应性好，保坍性强的特性。所述树状膦酸基减水剂作为水泥基材料分散剂应用，对水泥适应性强，抗黏土性能优越，保坍性好。

技术领域

本发明属于混凝土外加剂制备领域，具体涉及一种树状膦酸基减水剂及其制备方法和应用。

背景技术

混凝土外加剂是现代混凝土不可缺少的组分之一，是混凝土改性的一种重要方法和技术。混凝土减水剂是最常用的外加剂之一，在减水剂近几十年的发展历史中，经历了从普通减水剂、高效减水剂和高性能减水剂的三个发展阶段。聚羧酸减少剂作为最新一代减水剂，是一种以聚羧酸为主链，聚醚为长侧链的梳型结构分子。聚羧酸减水剂的长侧链聚醚结构能提供有效的空间位阻，阻止水泥颗粒间的团聚，从而大大提高减水剂的分散性能。聚羧酸减水剂由于其掺量低、减水率高、分子结构可调控、绿色环保等优点，成为目前混凝土用外加剂市场最重要的产品。

然而聚羧酸减水剂在应用过程中也存在着一些问题，如聚羧酸减水剂与混凝土材料存在相容性问题，存在混凝土坍落度损失快，出现异常凝结，强度增加较慢，收缩增加、易开裂等现象。其中，尤其是骨料的含泥量对聚羧酸减水剂的性能影响最大。传统的聚羧酸减水剂已经很难满足市场不断变化所带来的不同需求。

蒙脱土是粘土矿物中对水泥砂浆流动度影响最大的组分，研究表明，蒙脱土与水泥竞争吸附聚羧酸减水剂是减水剂性能下降的根本原因。蒙脱土是一类层状硅酸盐非金属纳米矿物，聚羧酸的长聚醚侧链易吸附于蒙脱土的层状结构中，且吸附作用强，导致水泥对聚羧酸减水剂的吸附量少，减水剂的分散性能变差。

不少学者对抗泥型减水剂进行了研究。专利CN105017479B公布了一种抗黏土型聚羧酸减水剂的制备方法。以衣康酸和甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯为单体，以过硫酸铵为引发剂，以巯基丙酸为调节剂，在水溶液中共聚获得。该专利所所获得的聚羧酸减水剂具有较好的抗黏土性。此减水剂采用衣康酸具有两个羧基，其中一个羧基不与主链相连，对水泥颗粒吸附作用更强，当此减水剂没有采用聚氧化乙烯长侧链，减水性能不足。

专利CN109535346A公布了一种抗黏土型聚羧酸减水剂及其制备方法和应用。将含金刚烷结构单元物质和带有双键的不饱和单体按摩尔比为1:1～1:1.5进行反应，得到含双键的不饱和金刚烷衍生物；然后将不饱和羧酸单体、不饱和聚氧乙烯醚单体、不饱和金刚烷衍生物混合，加入去离子水以及乳化剂搅拌溶解后，加入引发剂以及链转移剂，在50℃～80℃反应4～6h，结束反应后冷却至室温，再用碱溶液调节pH至中性，得到抗黏土型聚羧酸减水剂。该抗黏土型聚羧酸减水剂拥有优异的抗黏土性能，具有良好分散能力以及流动度保持能力、低掺量、高减水率。通过引入空间位阻大的金刚烷结构单元，阻碍聚醚侧链插层进入蒙脱土层间结构，实现抗黏土效果，但此减水剂依旧为梳型的聚羧酸减水剂结构。

专利CN102923989A公布了一种抗黏土型聚羧酸系减水剂及其制备方法。该减水剂由35～45％不饱和聚氧乙烯醚单体I、40～50％不饱和聚氧乙烯醚单体II、10～0％不饱和一元羧酸及其衍生物单体和5～15％不饱和烯基磺酸盐等混合共聚后，再以单体总重量的0.5～2.0％多乙烯多胺中和而成。该减水剂的聚氧化烯基短侧链可增加混凝土中矿物细粉颗粒表面溶剂化水膜层的稳定性，羧基与磺酸基产生静电吸附可阻止粘土层间内部结构吸附及吸水膨胀速度，多乙烯多胺链吸附在粘土颗粒表面可起屏蔽分散作用，故能够有效解决聚羧酸系减水剂与混凝土材料中含泥量过大引起的不相容问题。

但是上述减水剂在分子结构式上依旧是在梳型聚羧酸减水剂上的改进，聚醚的长侧链依然会吸附于蒙脱土层状结构中。导致减水剂的分散能力受蒙脱土的影响而降低或失去分散性能。

发明内容