[发明专利]保坍型聚羧酸减水剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于建筑材料外加剂领域，具体涉及到一种保坍型聚羧酸减水剂及其制备方法。

背景技术

20世纪60年代以来，国外市场出现了三种高效减水剂，它们分别是苯磺酸盐甲醛缩合物、多环芳烃磺酸盐甲醛缩合物和三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物，由此带来了高效减水剂开发与研究的快速发展。90年代初以聚丙烯酸盐及其接枝共聚物为代表的聚羧酸系高效减水剂迅速发展，并成为21世纪高效减水剂的发展方向。在实际工程中，由于水泥的化学成分和烧成工艺不同、砂石原材料的质量高低不同以及施工环境（温度和湿度等）的不同，导致减水剂对水泥的相容性变差，从而降低混凝土的坍落度。初始坍落度和坍落度经时损失直接影响到混凝土的可泵性、流动性和保水性。改良聚羧酸减水剂的保坍性，将影响高性能混凝土的施工性能。

常见的聚羧酸系高效减水剂的化学结构通式如下所示，其中M₁和M₂代表H、碱金属离子；M₃代表H、碱金属铵离子或有机胺。聚羧酸减水剂的分子结构属于梳形结构，其侧链上的羧酸基和磺酸基等官能团能使水泥颗粒高度分散，从而延缓水泥水化。另外增加聚羧酸减水剂分子链的电荷密度及ζ电位能提高它的分散性，但这样一来，它在水泥颗粒的吸附过快，反而降低减水效果。聚羧酸减水剂中羧酸基和磺酸基比例高，易于吸附在颗粒表面，使混凝土流动性保持性能满足泵送的要求；但是超掺又会使新拌混凝土出现严重的泌水离析现象，影响混凝土的施工性和耐久性。

目前提高保坍性能的方法主要有以下几种：1.使用缓凝剂和减水剂双掺，但是过量使用缓凝剂会影响施工进度和工程质量；2.二次添加减水剂，虽然能有效增加混凝土的坍落度，同时也会导致外加剂的超掺；3.采用多种减水剂复配，但只是有时可以解决坍落度损失的问题。

发明人在CN102093521A专利中公开了一种聚羧酸高保坍剂的制备方法：采用马来酸酐和聚乙二酯双酯化法制备交联单体，与大分子不饱和聚醚在氧化还原体系中共聚，产生部分交联。但是酯化率不高，且不够环保。

发明人在CN102390950专利中公开了一种缓释型聚羧酸系保坍剂及其制备方法：采用不饱和羧酸聚乙二醇单酯、不饱和聚氧化烯基醚单酯、不饱和一元羧酸及其衍生物单体和不饱和烯基磺酸及其钠盐共聚混合而成。能有效解决含泥量大的砂石材料与减水剂的相容性问题，但其效用受温度和pH的影响较大。

发明人在CN102558454A专利中公开了一种聚羧酸保坍剂的制备方法；由生产丙烯醛的尾液、不饱和聚醚和丙烯酸衍生物共聚而成。虽能降低保坍剂的生产成本，但是它不能阻止粘土层状多孔内部结构的吸附，表现在砂石含泥量高时，保坍效果不理想。

通过研究发现，坍落度的损失主要取决于高效减水剂分散能力降低的速率。水泥浆体的不稳定性在于它们有大的界面能，因而能自动减小界面、粒子相互聚结的趋势；另一方面，由于分散相粒子小，难于下沉，一旦碰撞会加剧聚集。掺入高效减水剂后，减水剂的疏水基团定向吸附于水泥粒子表面，形成强电场的吸附层，使水泥粒子分散，从而阻碍或破坏水泥胶凝体凝絮结构的形成。另外高效减水剂由于分子构型复杂，对吸附产生空间位阻，抑制水泥对高效减水剂的吸附量，从而使分散能力不至快速下降。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提供一种生产工艺简单、能与多种外加剂复合使用、对水泥的相容性好、低掺量高保坍的聚羧酸减水剂及其制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：保坍型聚羧酸减水剂，其分子量为40000～65000，结构通式如下式：

式中：m=40～60，n=45～70，k=20～30，p=10～30，t=60～100。

所述的保坍型聚羧酸减水剂的制备方法，其特征在于包括有以下步骤：将TPEG、苯乙烯、甲基丙烯酸磺酸钠和马来酸酐同时投入反应器中，加水，上述各物料共100重量份，其中水与TPEG的质量比为0.6，搅拌并加热至50～70℃，保温，同时开始滴加质量分数40～60%的丙烯酸羟基乙酯溶液6～9重量份，2～3h滴加完全；质量分数1～4%的引发剂溶液0.8～1.5重量份，2～3h滴加完全和质量分数2～3%的分子量调节剂溶液0.08～0.36重量份，3～4h滴加完全，待滴加完毕，保温1～2h，用碱调节pH=6～8，得到保坍型聚羧酸减水剂溶液。

按上述方案，TPEG：苯乙烯：甲基丙烯酸磺酸钠：马来酸酐的质量比为1：0.2～0.4：0.1～0.2：0.16～0.25。