[发明专利]一种超支化膦酸盐减水剂、其制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种超支化膦酸盐减水剂、其制备方法及其应用。本发明所述减水剂为一种超支化大分子，其结构一种超支化的聚缩水甘油结构，分子内层富含醚键，分子外层富含羟基及酯化后的膦酸酯吸附基团；所述超支化聚缩水甘油结构是由质子化的多元醇单体与缩水甘油进行开环缩合形成；所述膦酸酯吸附基团是采用磷酸化试剂对多羟基的超支化聚缩水甘油进行酯化得到。本发明反应条件简单易操作，得到的减水剂结构性能稳定；制得的超支化膦酸盐减水剂具有很好抗黏土性能、分散性能及保坍性能；此磷酸盐减水剂可以单独使用，也可以和市面上的其他减水剂复合使用。

技术领域

本发明属于混凝土外加剂领域，具体说是一种对水泥适应性好，抗黏土性能强的超支化结构的膦酸盐减水剂、其制备方法及其应用。

背景技术

混凝土是以胶凝材料，粗细骨料，水为基本原料，依据配合比设计而成的一种人造石材。在混凝土中加入适当外加剂可以有效提高混凝土的性能。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。减水剂是混凝土中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。聚羧酸减水剂作为最新一代减水剂，是一种以含负电基团的羧基为主链，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。

尽管聚羧酸减水剂具有很多优异性能，但是在应用过程中也面临一些挑战。聚羧酸减水剂存在水泥适应性问题，在使用聚羧酸减水剂的早期，人们就意识到聚羧酸减水剂对不同水泥的工作性能具有显著差异，水泥组分中硅酸三钙含量增加会导致聚羧酸减水剂掺量增加。随着砂石骨料的劣质化，砂石骨料的含泥量增对聚羧酸减水剂的性能影响最大，会增大减水剂掺量，有时甚至使聚羧酸减水剂完全失去工作性能。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。为减少蒙脱土对减水剂的吸附，需改变减水剂长侧链的梳状结构，使减水剂不易被蒙脱土的层状结构吸附。

不少学者对超支化减水剂进行了研究。专利CN106543378A公布了一种海星型保坍型聚羧酸减水剂及其制备方法，将不饱和双键封端的海星型结构核心、不饱和大单体、不饱和羧酸单体以及水混合，加热，加入引发剂及链转移剂，保温反应，冷却，中和，得到海星型缓释保坍型聚羧酸减水剂，此减水剂在实际应用过程中，掺量低、减水率高、分散性能优异、缓释保坍性能好。

专利CN107033301A公布了一种高保坍超支化聚羧酸减水剂及其制备方法。该减水剂主要是由含不饱和双键封端的十六臂聚酰胺-胺支化分子核心、不饱和聚醚大单体、不饱和羧酸单体、不饱和磺酸根单体在引发剂的作用下通过水相自由基共聚得到。其中减水剂超支化结构中心与梳型支链提供了更大的空间位阻作用使得该超支化聚羧酸减水剂表现出非常优异的保坍性质。此聚羧酸减水剂制备工艺简单、掺量低、减水率高、分散性能优异、保坍性能好。

扬州大学专利CN110078407公布了一种早强超支化聚羧酸减水剂及其制备方法。该早强超支化聚羧酸减水剂的制备方法包括如下步骤：(1)以三异丙醇胺和马来酸酐为原料制备前驱体超支化马来酸酐三异丙醇胺酯；(2)在前驱体中加入不饱和羧酸和带水剂，加热反应，反应结束后调整体系pH至7.0-7.5，得到早强超支化聚羧酸减水剂。该超支化聚羧酸减水剂具有超支化聚合物结构，表现出优异的减水性能，同时可明显提高普通水泥混凝土的早期强度，具有制备工艺简单、原料来源广泛、掺量低、减水率高以及使得普通水泥混凝土早期强度高等优点。