[發明專利]低聚糖接枝改性聚羧酸高效減水劑及其制備方法

無效

• 申請號: 200710053678.6
• 申請日: 2007-10-29
• 公開（公告）號: CN101172806A
• 公開（公告）日: 2008-05-07
• 發明（設計）人: 雷家珩;劉勇;郭麗萍;巫輝;雷剛
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C04B24/24
• 分類號: C04B24/24;C04B103/30
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司
• 代理人: 唐萬榮

技術領域

本發明屬于混凝土外加劑技術領域，具體涉及一種聚羧酸高效減水劑及其制備方法。

背景技術

減水劑是現代高性能混凝土的關鍵技術，它不僅能夠影響混凝土在新拌階段的工作性，而且能與水泥水化產物作用，從微觀、亞微觀層次上對混凝土體結構進行改善，從而滿足混凝土在施工性能、物理力學性能等方面的要求。因此減水劑的使用是提高混凝土強度、改善性能、節約水泥用量及節省能耗等方面的有效措施。有人將減水劑對混凝土的改性及改進工藝等方面的成果歸納為水泥應用科學技術發展史上的第三次重大突破，由此可見減水劑在混凝土工業中的重要地位。

聚羧酸高效減水劑最早由日本開始研究，因其具有諸多優點而被國際混凝土學界譽為第三代減水劑產品。目前，聚羧酸高效減水劑在日本、歐美等已得到了廣泛的應用。國內近十多年來，對聚羧酸高效減水劑的研究無論是從原材料選擇、生產工藝或是提高性能方面都起步較晚，從國內公開發表的相關學術論文和研究文獻來看，國內對聚羧酸高效減水劑產品的研發大多處于實驗室研制階段，真正形成產品的廠家還不多，遠不能滿足國內對高性能混凝土的需求。

從目前國內外的相關文獻來看，生產聚羧酸高效減水劑的原料主要有三類：不飽和羧酸(不飽和酸酐/酯)、烯基磺酸鹽和聚氧乙烯基單體。其品種和性能受到一定限制。

發明內容

本發明的目的在于提供一種成本低、性能優良的低聚糖接枝改性聚羧酸高效減水劑及其制備方法。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是：低聚糖接枝改性聚羧酸高效減水劑，其特征在于它的化學結構通式表達為：

其中，R為H或CH₃；

M為Na⁺或NH₄⁺；

S為低聚糖分子結構(如蔗糖、低聚木糖等)；

X為酯基(-CO-O-)或醚鍵(-O-)；

a、b、c、d、e、n均為整數。

上述低聚糖接枝改性聚羧酸高效減水劑的制備方法，其特征在于它包括如下步驟：

1)功能性側鏈接枝：{本步驟目的是在低聚糖分子，甲氧基聚乙二醇或聚乙二醇中引入可聚合雙鍵}；

將下列3種原料：(1)低聚糖、(2)甲氧基聚乙二醇或聚乙二醇、(3)不飽和羧酸或不飽和酸酐加入反應器中，以對甲苯磺酸為催化劑，對苯二酚為阻聚劑，攪拌加熱至70～120℃進行酯化反應，反應3～10小時后取樣測定接枝率，達到40～90％后，停止反應得到酯化產物{低聚糖-羧酸酯(PSE)和(甲氧基)聚乙二醇羧酸酯(PAE)}；

其反應原料配比為：

低聚糖與甲氧基聚乙二醇或聚乙二醇的摩爾比為1∶1～1∶20；

{低聚糖+[甲氧基聚乙二醇或聚乙二醇]}與[不飽和羧酸或不飽和酸酐]的摩爾比為1∶1～1∶3；

對甲苯磺酸為酯化反應原料總質量的1.0～5.0％；

對苯二酚為酯化反應原料總質量的0.02～0.20％；

所述的酯化反應原料為：低聚糖+[甲氧基聚乙二醇或聚乙二醇]+[不飽和羧酸或不飽和酸酐]；

2)自由基共聚：{本步驟是將含有不同親水基團的可聚合單體以一定的配比進行共聚反應，得到接枝共聚物}；

在反應器中加入磺酸基單體、鏈轉移劑和水，加熱至60～90℃，分別滴加下列2種單體及引發劑：(1)步驟1)的酯化產物、(2)不飽和羧酸或不飽和酸酐、(3)引發劑過硫酸銨，在60～120min滴加完畢，反應4～7h后停止加熱，得共聚產物；

其反應原料配比為：

酯化產物與不飽和羧酸或不飽和酸酐的摩爾比為1∶5～1∶9；

酯化產物與磺酸基單體的摩爾比為1∶1～1∶5；

過硫酸銨為：(1)磺酸基單體、(2)不飽和羧酸或不飽和酸酐、(3)酯化產物三種單體總質量的0.3～6.0％；

鏈轉移劑為：(1)磺酸基單體、(2)不飽和羧酸或不飽和酸酐、(3)酯化產物三種單體總質量的3.0～10.0％；

水的加入量為：(1)磺酸基單體、(2)不飽和羧酸或不飽和酸酐、(3)酯化產物三種單體總質量的1～3倍；

3)中和后處理：將步驟2)所得共聚產物冷卻，加堿溶液調節pH至7～8，加水稀釋至質量分數為20％，即得低聚糖接枝改性聚羧酸高效減水劑產品。

所述的低聚糖為由2～10單糖結構單元以糖苷鍵連接而成。可使用蔗糖(二糖)、低聚果糖、低聚麥芽糖、低聚木糖或者由淀粉水解成的低聚糖的混合糖以及上述低聚糖的混合糖。

所述的不飽和羧酸為丙烯酸或甲基丙烯酸。