[发明专利]一种减缩型聚羧酸系高性能减水剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于生态建筑材料中的一种混凝土化学外加剂，具体涉及到一种减缩型聚羧酸系减水剂的制备方法。

背景技术

化学外加剂是制造现代混凝土的必备材料和核心技术，也是混凝土向高科技领域发展的关键材料。减水剂作为化学外加剂中最重要成员之一，它对现代混凝土的发展起到了不可替代的作用。

聚羧酸系高性能减水剂是指一系列具有特定分子结构和性能的聚合物的总称，一般是将不饱和的单体，通过引发剂引发自由基聚合而得到的。在国外，高效聚羧酸减水剂又被称为超塑化剂，英文简称PC或者PCE。聚羧酸系减水剂是目前市场上综合性能较好的一种混凝土外加剂，具有减水率高、坍落度损失小等优点，可以明显改善混凝土拌合物性能，是近年来研究的最热点问题之一。目前，以聚羧酸为代表的第三代高效减水剂受到国内外学者的广泛关注。聚羧酸类高效减水剂不仅具有更高的减水分散性能，而且可以根据水泥分散作用机理设计有效的分子结构，通过设计分子的主链和侧链长度、官能团种类等，获得需要性能的高效减水剂。由于聚羧酸系高效减水剂本身的这种分子结构和性能的可设计性，其今后的发展方向是进一步完善系列化与高性能化、多功能化和绿色环保。

几年来，多功能聚羧酸系减水剂发展较为迅速，通过改变聚羧酸分子中的主链、枝链和羧基的化学结构，聚羧酸系高效减水剂已具有保坍、控制凝结、减缩等多种功能。对聚羧酸系高效减水剂的化学结构改变的研究包括电荷密度分化、枝链长度、主链长度、主链聚合度和官能团的组成等。近几年正在研究的多功能聚羧酸系减水剂有保坍型聚羧酸减水剂、低粘度聚羧酸减水剂、抗硫酸盐干扰的聚羧酸减水剂、用于快硬水泥的聚羧酸减水剂、减缩型聚羧酸减水剂等。

减缩型聚羧酸减水剂是指既具有较高的减水率，同时又具有减少硬化混凝土干燥收缩的效果，这种多功能聚羧酸系减水剂已成为国内外研究的又一热点。

日本专利JP200410087799.9报道了一种具有缩短凝结时间、降低混凝土拌合物粘度、硬化混凝土自收缩小和强度高等功能的水泥混凝土用多功能型外加剂。该外加剂由马来酸酐与特定的烯丙基醚大单体在非水体系中发生自由基共聚反应而制得。

美国专利US20050124737A1报道了一种多功能混凝土外加剂，主要组分有马来酸酐、烯丙基醚单体、聚亚烷基二醇单烷基醚以及有机磷等。加入该外加剂使得混凝土具有优异的流动性、良好的早期强度、较低的减缩率、良好的抗冻融性以及较低的碳化速度。该专利中所用的烯丙基醚单体与JP200410087799.9中提到的烯丙基醚单体基本相同。欧洲专利EP0725043A2报道了一种既具有良好的减缩效果又可在相对低掺量下实现引气、减水等功能的水泥分散剂。其主要成分包括羧酸或其盐组成的接枝聚合物，侧链由低聚亚烷基乙二醇或多元醇和聚亚烷基乙二醇及其衍生物中的至少一种。使用的羧酸及其盐主要包括苯乙烯-马来酸酐聚合物及其盐、烯丙基-马来酸酐聚合物及其衍生物、甲基丙烯酸-甲基丙烯酸酯聚合物及其衍生物等。

孙振平等在中国专利CN 2010 10102093.0报道了一种具有减缩功能的聚羧酸系减水剂，该减水剂以聚丙烯酸（PAA）、带有酰胺基的胺类化合物（PN-220）和聚乙二醇（PEG）为主要原料，采用先共聚后酯化的合成工艺。冉千平等在CN200510037872.6公开了一种多功能型羧酸类梳形接枝共聚物混凝土超塑化剂。合成用主要的单体有丙烯酸、甲基丙烯酸、聚醚单丙烯酸酯及其酯类化合物、烯丙基磺酸钠以及消泡功能性大单体等通过酯化和水性自由基共聚反应而制得。缪昌文等在中国专利CN200610040089.X介绍了一种减缩、抗裂型接枝共聚物混凝土超塑化剂。其减缩功能的实现也是通过在普通聚羧酸系减水剂分子结构中引入减缩组分SRC。

发明内容

本发明的目的是提供一种减缩型聚羧酸系减水剂的制备方法，生产技术简单，便于操作，不仅具有较好的减水率，还具有较好的减少水泥砂浆干燥收缩和自由收缩以及混凝土干燥收缩的效果。使用时掺量低、与水泥的相容性能好，而且不影响混凝土的力学性能。

申请人发现，聚羧酸减水剂的结构对性能影响很大，通过改变聚羧酸减水剂分子中的主链或侧链的化学结构，可使减水剂具有多种功能。本发明中酯化出的单体C，通过聚合反应接枝到聚羧酸减水剂分子结构中，可明显降低聚羧酸减水剂溶液的表面张力，进而有效降低水泥砂浆的自由收缩，以及水泥砂浆和混凝土的干燥收缩。

本发明所提供的减缩型聚羧酸系高性能减水剂的制备方法，包括以下步骤：