[发明专利]一种多阳离子抗泥型聚羧酸减水剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多阳离子抗泥型聚羧酸减水剂及其制备方法，该多阳离子抗泥型聚羧酸减水剂由聚醚大单体A、不饱和羧酸/不饱和羧酸酐B、不饱和抗泥型单体C在水溶液下聚合而成，其中不饱和抗泥型单体C由不饱和羟基酯与四乙烯五胺的盐酸溶液反应制得。本发明所述抗泥型聚羧酸减水剂在碱性条件下能水解释放出多阳离子型长链有机物，能改变黏土矿物的理化性质，抑制膨胀型黏土矿物的膨胀，减少矿物表面和晶层对聚羧酸和水的消耗，从而保证聚羧酸减水剂在高含泥量材料下的使用性能，达到抗泥的效果，解决高含泥量砂石材料中的黏土矿物对聚羧酸减水剂使用性能的影响的问题。

技术领域

本发明属于混凝土外加剂技术领域，尤其涉及一种多阳离子抗泥型聚羧酸减水剂及其制备方法。

背景技术

化学外加剂的添加可以极大提高混凝土的耐久性、工作性、适用性、经济性和强度，为大型工程的质量提供了有力保障，因此它的广泛应用被誉为是继钢筋混凝土、预应力混凝土之后的混凝土技术的第3次重大突破。

聚羧酸减水剂，由于其掺量低、减水率高、保坍性好、分子结构可调性强、绿色环保等优点，成为目前混凝土用外加剂市场的最重要的产品。聚羧酸减水剂是一种梳形的水溶性高分子，它由富含羧酸基团的主链和聚氧化烯基的侧链组成。聚羧酸主链上的羧酸基团可以定向吸附在带正电的水泥或者水泥水化物的表面，而聚氧化烯基侧链在溶液中伸展形成水化层以提供空间排斥力防止水泥团聚，因此它就赋予了水泥浆体良好的流动性。

专利CN104119482A中公开了一种抗泥型聚羧酸减水剂，其主要设计思想是在聚羧酸结构中引入不饱和季铵盐结构单元，通过阳离子结构单元的作用降低黏土对聚羧酸减水剂的吸附，按照其设计理念，阳离子结构单元吸附在黏土表面，聚羧酸主链吸附在水泥及水化产物表面，抗泥型聚羧酸通过桥接作用连接在黏土和水泥基材料表面而实现其抗泥目的，但聚羧酸侧链长度有限，通过桥接作用实现减水和抗泥作用的效率不高。

专利CN103467670公开了一种抗泥型聚羧酸系减水剂，采用自己合成的季铵盐低聚物与TPEG和一元不饱和羧酸等自由基聚合，亦通过季铵盐低聚物提供阳离子结构单元来实现抗泥，而溶剂中的低级醇等未参与反应的组分会降低聚羧酸减水剂的有效固含。

专利CN105236808A公开了一种具有高适应性的磷酸基改性聚羧酸减水剂，通过不饱和磷酸单体C改性聚羧酸减水剂，提高了聚羧酸的硫酸盐敏感性和抗泥敏感性，不饱和磷酸盐单体C通过2-磷酸基-1,2,4三羧酸与丙烯醇酯化，在水泥水化的碱性条件下，聚羧酸结构中酯基水解，释放出2-磷酸基-1,2,4三羧酸，可以实现抗泥的效果，但制备单体C过程酯化的转化率不高，且酯化过程复杂。

近年来，聚羧酸减水剂以其高减水、高保坍等优异性能，在混凝土中得到广泛的应用。然而，黏土由于其层状结构对聚羧酸的吸附较大，导致了聚羧酸减水剂在高含泥量原材料中使用效果较差。以对聚羧酸吸附最为明显的蒙脱土为例，其矿物结构为由两层硅氧四面体和一层铝氧八面体组成的层间结构，当与水接触后，晶层表面的可交换阳离子在水中解离扩散，形成扩散双电层，晶层表面呈负点，晶层之间因带同种电荷相互排斥使晶层间距加大，从而加大了对聚羧酸减水剂的吸附，使聚羧酸的减水分散能力大打折扣，表现出明显的含泥量敏感性。因此，急需设计一种抗泥型聚羧酸减水剂及其制备方法以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是基于黏土矿物在水溶液体系，表面电荷的变化和晶体结构的变化，提供一种多阳离子抗泥型聚羧酸减水剂及其制备方法，针对非膨胀型黏土矿物，该抗泥型聚羧酸减水剂水解释放出多阳离子型长链有机物能吸附在矿物表面，降低黏土对聚羧酸的吸附；针对膨胀型黏土矿物，水解产生的阳离子型长链有机物能起到抵消晶层表面双电层电荷的作用，抑制其膨胀，可以有效避免聚羧酸和水在层间的消耗，从而保证聚羧酸减水剂在高含泥量材料下的使用性能，达到抗泥的效果。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：