[發(fā)明專利]具有超支化拓撲結(jié)構(gòu)的減水劑的制備方法及其應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610057506.5
• 申請日: 2016-01-27
• 公開（公告）號: CN105542147B
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 嚴涵;冉千平;舒鑫;楊勇;王秀梅;劉金芝;張建綱
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇蘇博特新材料股份有限公司
• 主分類號: C08G65/332
• 分類號: C08G65/332;C08G65/331;C08G65/327;C08G65/28;C04B24/32;C04B103/30
• 代理公司: 北京三高永信知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司11138
• 代理人: 周靜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有超支化拓撲結(jié)構(gòu)的減水劑的制備方法及其應(yīng)用，屬建筑材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來，隨著我國各項基礎(chǔ)建設(shè)的快速推進，對混凝土外加劑的需求快速增長。在外加劑中減水劑作為增強水泥和混凝土流動性，減少用水量、提高強度的外加劑，其開發(fā)和應(yīng)用技術(shù)備受重視。其中以聚羧酸為代表的高性能減水劑由于其高減水性能、低摻量高保坍和分子可設(shè)計性受到學(xué)界和業(yè)界的廣泛關(guān)注。

和木鈣等傳統(tǒng)減水劑的作用機理不同，聚羧酸類減水劑主要通過吸附在水泥顆粒表面并通過其側(cè)鏈空間位阻作用，促進水泥顆粒的分散，進而實現(xiàn)減水效果。目前市面上通用的聚羧酸減水劑具有摻量低、減水率高、制備工藝簡單的優(yōu)點。但仍存在一些不足之處和局限性。表現(xiàn)在以下幾個方面：

高性能減水劑的高減水率使得其應(yīng)用于高強度混凝土體系時常常采用很低的水膠比。在低水膠比下體系的粘度會較高，而高粘度會導(dǎo)致混凝土攪拌、泵送、運輸方面的一系列問題，進而限制高強度和超高強度混凝土的普及。目前采用的降粘方法主要從外加劑和摻和料兩方面入手，添加的有機外加劑主要通過引入氣泡起潤滑作用來降低粘度，但是其降粘程度有限且混凝土中氣泡含量過高會降低其強度。降粘摻合料以粉煤灰為主，但對于高強和超高強混凝土粉煤灰的降粘作用有限。

另外，對于黏土的敏感性也是聚羧酸減水劑的缺陷。聚羧酸對黏土有較大的親和性，這種親和性主要源于聚羧酸的聚乙二醇側(cè)鏈與黏土的插層結(jié)合作用(S.Ng and J.Plank,Cem.Concr.Res.,2012,42:847–854)。在水泥中含有黏土?xí)r聚羧酸將優(yōu)先被吸附于黏土之上，這使得其在水泥顆粒表面的吸附弱化并影響其減水性能。在實際施工過程中，混凝土中少量黏土即可影響聚羧酸減水劑的減水性能，并使得達到無黏土?xí)r相同流動性所需的減水劑摻量大大增加。而在我國黏土類雜質(zhì)在混凝土中經(jīng)常出現(xiàn)，對黏土的敏感性無疑限制了聚羧酸減水劑的應(yīng)用范圍。

針對以上不足之處，一種解決思路就是改變聚羧酸減水劑的拓撲結(jié)構(gòu)，將其通常的的線性主鏈結(jié)構(gòu)變?yōu)闃錉盍Ⅲw的超支化主鏈結(jié)構(gòu)，一方面同等分子量下超支化鏈高分子相對于線性鏈高分子粘度更低，另一方面分子主鏈的超支化結(jié)構(gòu)使得分子側(cè)鏈的空間排布改變，這使得在與黏土作用的過程中超支化主鏈的減水劑的聚乙二醇側(cè)鏈難以取向為同一朝向，進而影響了其與黏土片層的插層作用，降低了其對黏土的親和性。關(guān)于超支化減水劑的制備，不少專利文獻也進行了公開報道。

專利文獻CN102002134A報道了一種超支化聚羧酸減水劑及其制備方法。該發(fā)明以丙烯酸甲酯、乙醇胺、2-溴乙醇、丙二酸為原料合成溴端基超支化聚(胺-酯)，并以其為結(jié)構(gòu)核心，通過含溴端基引發(fā)原子轉(zhuǎn)移自由基聚合引入聚羧酸端鏈，進而得到含超支化結(jié)構(gòu)的聚羧酸系減水劑。該減水劑具有摻量低、減水率高、坍落度損失小、與水泥相容性好、抗凍能力強等優(yōu)點。但是該減水劑的聚酯結(jié)構(gòu)核心合成復(fù)雜，且酯類化合物在高堿的混凝土體系中會逐漸水解，穩(wěn)定性存在問題。同時后續(xù)合成使用的原子轉(zhuǎn)移自由基聚合法成本較高，需要溴化亞銅和2,2-聯(lián)吡啶等不易保存或有毒的試劑，條件較嚴苛，影響了其應(yīng)用潛力。

專利文獻CN101580353A報道了一種超支化聚羧酸減水劑及其制備方法。該發(fā)明由(甲基)丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯磺酸鈉和烯丙基聚氧乙烯醚在引發(fā)劑偶氮二氰基戊酸的引發(fā)下，生成共聚物主鏈，再由(甲基)丙烯酸與乙二胺反應(yīng)生成超支化共聚物。該發(fā)明涉及的產(chǎn)品具有減水率高、摻量低、坍落度損失小等優(yōu)點，但是制備工藝較復(fù)雜，同時需用到多種有機溶劑。生產(chǎn)的物料和時間成本較高，且易造成環(huán)境污染。

專利文獻CN104355563A報道了一種超支化聚酯-聚羧酸系減水劑及其制備方法。該發(fā)明首先以馬來酸酐、乙二醇和過硫酸銨為原料，合成了超支化聚酯。再用該聚酯在引發(fā)劑和低聚糖作用下與聚羧酸進行復(fù)合，得到超支化聚酯-聚羧酸系減水劑。該減水劑具有性能優(yōu)良、適應(yīng)性強的優(yōu)點，但是其聚酯結(jié)構(gòu)在水泥漿和混凝土的高堿環(huán)境下容易水解，造成減水劑分子結(jié)構(gòu)被破壞，影響其實際效能。

綜上所述，在本領(lǐng)域中研究者和技術(shù)人員已經(jīng)報道了一系列超支化混凝土減水劑的制備方法，但是這些方法存在工藝復(fù)雜、生產(chǎn)成本高，在水泥混凝土堿性環(huán)境中不穩(wěn)定等問題，其經(jīng)濟型和環(huán)保性制約了其進一步應(yīng)用。提供一種工藝簡單，原料易得的超支化結(jié)構(gòu)減水劑的生產(chǎn)工藝是有必要的。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的

本發(fā)明的一個目的是提供一種具有超支化拓撲結(jié)構(gòu)的減水劑的制備方法，工藝簡單、原料易得，所得減水劑具有低膠砂粘度及較好的黏土適應(yīng)性。