[发明专利]一种聚羧酸减水剂

说明书

技术领域

本发明属混凝土外加剂技术领域，涉及砂浆或混凝土用减水剂，具体地说是涉及一种聚羧酸减水剂。

背景技术

减水剂是一种提高矿渣基胶凝材料和混凝土制品必不可少的一种化学外加剂，它能够在较低水灰比的情况下，显著提高制品的工作性、密实度、强度和耐久性等综合性能。聚羧酸类减水剂为第三代减水剂产品，它不但可以大幅度提高矿渣基胶凝材料和混凝土的综合性能，还具有低掺量、绿色环保、分子结构自由度大等特点，应用前景极为广泛。目前国内外对聚羧酸类减水剂的研究主要集中在以下几个方面：(1)聚合物合成方法和工艺的研究；(2)结构与性能间的关系探索；(3)通过已有的理论基础设计出聚合物分子；(4)由结构与性能的关系对减水剂作用机理进行推测；(5)通过作用机理和研究规律的指导，逐渐探索合成性能更优的减水剂新工艺。正是由于聚羧酸类减水剂的分子结构设计的多样性，以及其结构与性能之间存在必然的联系，使得该领域的研究十分活跃，高性能的新型聚羧酸减水剂层出不穷。

典型聚羧酸减水剂是一种具有表面活性的接枝共聚物，呈梳型结构，通常由主链和侧链两个基本组成部分。其主链上一般含有大量的可电离羧基基团，这些羧基在水中电离后，通过离子间作用力将减水剂分子吸附并锚固在水泥颗粒表面，使水泥颗粒间具有静电斥力；侧链通常为相对分子量为500～3000的聚乙二醇单甲醚或聚丙二醇单甲醚等亲水性聚醚长链，它可在水中充分伸展，为水泥颗粒提供空间位阻斥力，提高水泥颗粒的分散性。上述两种斥力的共同作用，大幅度地提高了水泥颗粒分散性，使得添加了聚羧酸减水剂后的水泥制品具有优越的综合性能。

对聚羧酸型减水剂，羧基是使减水剂分子与水泥颗粒发生相互作用的基础，在与水泥和水混合后，羧基基团可通过以下几种方式与水泥颗粒发生作用：①部分羧基电离成羧酸根离子，与水泥颗粒表面的阳离子产生静电吸引作用，使减水剂分子得以吸附在水泥颗粒表面并发挥作用；②部分电离后的羧酸根离子游离在水相中，与其它水泥颗粒上的阴离子产生静电斥力，阻止水泥颗粒间的团聚；③当减水剂分子吸附在水泥颗粒表面时，外侧的羧基利用其强亲水性，可在水泥颗粒外部形成水膜包裹层，有效地减小了水泥颗粒间的摩擦阻力，提高了流动性；④电离后的羧酸根离子能和水泥浆体中的钙离子形成络合物，使得水泥浆体中的钙离子减少，延缓了水泥的早期水化；⑤羧基密度过高将导致吸附作用过强，使减水剂的分散保持性下降。⑥通过调节减水剂中亲水和疏水性基团比例，可有效改变减水剂的HLB值，进而使水泥保持适宜的引气性。

在专利CN1412175中公开了一种烯丙基醚酯单体的制备方法以及用该单体制备减水剂的方法：首先用氧化铝等吸附材料处理烯丙醇聚醚并使其过氧化值达到5.0meq/kg以下，再与脂肪族一元羧酸进行酯化反应制造烯丙基醚酯单体。再用这种精制过的烯丙基醚酯单体与马来酸酐在80℃下用偶氮二异丁腈做引发剂下制得重均分子量为13500的共聚物，再将此共聚物和烷基聚亚烷基二醇在100℃下酯化得到一种水泥分散剂。但是，由于烯丙基醚酯单体的反应活性较差，造成得到的水泥分散剂的减水性能和坍落度保持性能都不能令人满意。

在专利CN101205127A中公开了一种聚羧酸超塑化剂的配方及其制造方法，首先使聚乙二醇单甲醚与马来酸酐在催化剂和阻聚剂存在的条件下酯化生成大单体，然后与烯丙基聚乙二醇、丙烯酸、甲基丙烯磺酸钠在过硫酸铵作引发剂的条件下共聚得到徐放型的聚羧酸超塑化剂。但是，由于烯丙基聚乙二醇、聚乙二醇单甲醚马来酸酯的聚合活性不足，会大量残留在所合成的聚羧酸超塑化剂中，造成所得超塑化剂的减水率低、坍落度保持性能不足。

日本专利JP106890/2003公布了一种聚羧酸水泥分散剂及混凝土二级制品的制造方法。该水泥分散剂采用氧化烯基平均加成摩尔数为100～200的聚醚单甲基丙烯酸酯或聚醚单丙烯酸酯、丙烯酸或甲基丙烯酸、含磺酸基的不饱和单体共聚而成。所发明的聚羧酸水泥分散剂具有减水率高，也能提高混凝土早期强度，但是该发明的聚羧酸水泥分散剂的坍落度保持性能较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚羧酸减水剂，其用于砂浆或混凝土时，具有高减水率、高坍落度保持能力和/或低的含气量性能。

本发明所述的一种聚羧酸减水剂是这样实现的：