[发明专利]一种小分子亚磷酸基减水剂、其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种小分子亚磷酸基减水剂、其制备方法及其应用。本发明所述减水剂结构兼具亚磷酸基团、羧酸酯基团及酰胺基团，首先将聚乙二醇引入二羧酸衍生物结构中，所述减水剂分子结构则以该二羧酸衍生物作为桥连基团，引入亚磷酸基团作为吸附基团，最后与甲氧基聚醚缩合得到本发明所述的同时含有羧酸酯基团与酰胺基团的小分子亚磷酸基减水剂。采用本发明方法制备的小分子亚磷酸基减水剂在低掺量下就具有良好的坍落度保持能力，具有较强的作用效果和适应性。更为重要的是本发明可以实现在粘土含量较高的条件下仍可以保持好的工作性能和优异的混凝土和易性。

技术领域

本发明属于混凝土外加剂制备领域，具体地说是一种具有强保坍和缓凝性能的小分子亚磷酸基减水剂的制备方法。

背景技术

混凝土减水剂是降低混凝土的水泥用量、提高工业废渣利用率，提高混凝土强度、工作性能和耐久性最为简单、有效、经济的技术手段，是现代混凝土制备的必备材料和核心技术。

聚羧酸减水剂作为第三代高性能减水剂，主要由不饱和羧酸与不饱和聚醚大单体通过自由基聚合反应得到梳形结构的聚合物，聚合物主链上的羧酸吸附基团提供静电斥力，聚醚侧链能提供有效的空间位阻。相对于传统的磺酸盐系减水剂，聚羧酸减水剂在减水性能、和易性、保坍等方面性能更优异。

然而，随着聚羧酸系列产品的不断推广使用，聚羧酸减水剂的份额不断扩大，这对聚羧酸减水剂的性能提出了新的更高的要求，不仅要其具备良好的分散能力，而且还要有较好的塌落度保持、和易性、缓凝和黏土耐受性等特殊要求。但理论研究和工程应用表明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。以上这些现象表明，单单依靠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。

专利CN101205127B报道了一种徐放型聚羧酸减水剂的制备方法。首先将聚醚与马来酸酐酯化得到不饱和酯化中间体，然后与丙烯酸、马来酸酐等进行自由基聚合得到减水剂成品，这种减水剂通过结构中酸酐或酯的水解，就可以不断释放出新的羧酸吸附基团，从而达到兼顾减水与保坍的效果。专利US5162402也报道了类似的烯丙基醚与马来酸酐酯化物合成的保坍剂，同样具有优异的保坍性能。

专利CN101066851B报道了一种聚羧酸盐类混凝土保坍剂。通过使用交联剂将不饱和羧酸类单体与不饱和酯型聚醚大单体进行交联，制备出有一定交联度的成品。这种减水剂能够与其他羧酸类减水剂复配使用，改善其坍落度损失，并提高其对水泥种类、石膏形态和混凝土拌和工艺等的适应性。专利US5362324、US5661206等报道了类似的采用酯交联技术制备的聚合物，通过聚合物结构中酯基的不断水解达到保坍性能的提升。

王子明研究小组(新型酰胺多胺聚羧酸减水剂的制备与性能[硕士论文]，2009)开发了一类酰胺多胺聚羧酸减水剂。酰胺多胺单元的引入可以产生促进吸附，使减水剂更容易吸附到水泥颗粒表面，使减水剂获得较大的早期流动性；其酰胺基团可以与水形成大量的氢键，增加水化膜的厚度，延缓水泥的水化，同时结构中含有孤对电子的氮原子可以起到络合钙离子的作用，形成富钙保护层，延缓水泥的水化，极大地改善了减水剂的缓凝和保坍性能。

专利CN103449749报道了一种具有良好分散性能的耐高温超缓凝剂及其制备方法。将有机磷酸/盐、丙烯酸-丙烯酸羟丙酯或者羧酸盐-磺酸盐-非离子三元共聚物、烷基糖苷表面活性剂等按照一定比例复配而成。解决了缓凝剂的高温适应性，能够与多种减水剂复配使用。

上述在减水剂的保坍和缓凝性能方面的开发工作，或通过酯基团的不断水解释放出新的羧酸基团来提高减水剂的保坍性能；或通过引入酰胺基团，延缓水泥的水化过程，增强减水剂的保坍和缓凝性能；或通过引入含磷酸基团的化合物来改善减水剂的缓凝效果。

目前已经有的研究工作表明，磷酸基团的作用不仅仅限定于缓凝，将磷酸基团接枝到聚醚链上能够实现诸如保坍、减水等方面的性能。