一種陽離子改性的聚羧酸減水劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種陽離子改性的聚羧酸減水劑，其特征在于它由異戊烯醇聚氧乙烯醚單體a、一元不飽和羧酸及其衍生物單體b、陽離子型單體c和二元不飽和羧酸及其衍生物單體d，在引發(fā)劑e、鏈轉(zhuǎn)移劑f作用下，在7～70℃的水溶液中共聚反應(yīng)3-8h，然后加堿中和至pH在5～8而制備得到的。相比傳統(tǒng)的陰離子型聚羧酸減水劑，該減水劑分子結(jié)構(gòu)中引入了陽離子基團，當(dāng)加入到混凝土中時，該減水劑能同時吸附在帶正電荷和帶負電荷的水泥礦物表面，而且，由于反聚電解質(zhì)效應(yīng)的存在，該陽離子改性的聚羧酸減水劑在水泥漿體堿性環(huán)境中分子鏈發(fā)生擴展，吸附形態(tài)更舒展，減水劑的減水率更高，因此更能充分分散水泥顆粒。
【專利說明】一種陽離子改性的聚羧酸減水劑及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種陽離子改性的聚羧酸減水劑及其制備方法，屬建筑材料外加劑技 術(shù)范疇。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前已見報道的混凝土聚羧酸減水劑基本上為陰離子型聚合物，聚羧酸減水劑通 過分子主鏈上的陰離子官能團（羧基或者是磺酸基）對水泥漿體中帶正電荷的水泥礦物的 吸附作用使聚羧酸減水劑分子吸附在水泥顆粒表面，通過長側(cè)鏈的空間位阻作用使水泥顆 粒分散，靜電吸附作用與分子側(cè)鏈的空間位阻作用協(xié)同使水泥顆粒分散。
[0003] Yoshioka研宄了減水劑在礦物表面的吸附情況，結(jié)果表明，聚羧酸減水劑對Zeta 電位為正的鋁酸三鈣（C3A)、鐵鋁酸四鈣（C4AF)具有更強的吸附能力，而帶負電的硅酸三鈣 (C 3S)、硅酸二鈣（C2S)的飽和吸附量則小的多。聚羧酸減水劑的分散作用主要決定于其對 水泥漿體中鋁酸三鈣（C 3A)、鐵鋁酸四鈣（C4AF)等帶正電荷的礦物的吸附作用，水泥中占絕 大部分的礦物硅酸三鈣（C 3S)、硅酸二鈣（C2S)沒有吸附聚羧酸減水劑。鑒于此，單純以陰 離子官能團作為聚羧酸減水劑的主鏈，聚羧酸減水劑的吸附效率低、分散性能差，難以最大 程度發(fā)揮聚羧酸減水劑的分散效果。
[0004] 另一方面，水泥漿體系為強電解質(zhì)、強堿性環(huán)境，普通聚羧酸減水劑為陰離子型聚 電解質(zhì)，其在小分子鹽作用下分子鏈容易發(fā)生卷曲，導(dǎo)致羧基不能完全吸附在水泥顆粒表 面，而且吸附形態(tài)不舒展，不能最大程度的發(fā)揮聚羧酸減水劑的空間位阻作用。
[0005] 綜上所述，本發(fā)明提出一種陽離子改性的聚羧酸減水劑，設(shè)計一種在分子中同時 存在著被中性聚醚鏈段隔開的陰陽離子基團，該減水劑可同時吸附在水泥漿體系中帶正電 荷和帶負電荷的水泥礦物表面，而且因為反聚電解質(zhì)效應(yīng)的存在，該減水劑吸附之后具有 更舒展的分子形態(tài)，因此，更能充分的分散水泥漿體。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足而提供一種陽離子 改性的聚羧酸減水劑及其制備方法，該減水劑應(yīng)用于混凝土具有更優(yōu)異的分散性能，能顯 著改善混凝土的工作性能。
[0007] 本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用的技術(shù)方案為：
[0008] -種陽離子改性的聚羧酸減水劑，它由異戊烯醇聚氧乙烯醚單體a、一元不飽和羧 酸及其衍生物單體b、陽離子型單體c和二元不飽和羧酸及其衍生物單體d，在引發(fā)劑e和 鏈轉(zhuǎn)移劑f的作用下，在7?70°C的水溶液中共聚反應(yīng)3-8h，然后加堿中和至pH為5?8 而制備得到的。
[0009] 上述方案中，所述的單體a、單體b、陽離子型單體C和單體d的質(zhì)量百分比分 別為：異戊稀醇聚氧乙稀醚單體a 82?90wt%、一元不飽和羧酸及其衍生物單體b 3? 10wt%、陽離子型單體c 3-5wt%和二元不飽和羧酸及其衍生物單體d 1?3wt%，四者質(zhì) 量百分比之和為100%。
[0010] 上述方案中，所述的單體a異戊烯醇聚氧乙烯醚的化學(xué)結(jié)構(gòu)式如式（1)所示，其中 η為聚氧化乙烯鏈的平均摩爾數(shù)，且單體a異戊烯醇聚氧乙烯醚的分子量約為2400左右。
[0011]

【權(quán)利要求】
1. 一種陽離子改性的聚羧酸減水劑，其特征在于它由異戊烯醇聚氧乙烯醚單體a、一 元不飽和羧酸及其衍生物單體b、陽離子型單體c和二元不飽和羧酸及其衍生物單體d，在 引發(fā)劑e和鏈轉(zhuǎn)移劑f作用下，在7?70°C的水溶液中共聚反應(yīng)3-8h，然后加堿中和至pH 為5?8而制備得到的。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陽離子改性的聚羧酸減水劑，其特征在于所述的單體 a、單體b、陽離子型單體c和單體d的質(zhì)量百分比分別為異戊烯醇聚氧乙烯醚單體a82? 90wt%、一元不飽和羧酸及其衍物生單體b3?10wt%、陽離子型單體c3_5wt%和二元不 飽和羧酸及其衍生物單體d1?3wt%，四者質(zhì)量百分比之和為100%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陽離子改性的聚羧酸減水劑，其特征在于所述的異戊烯 醇聚氧乙烯醚單體a的化學(xué)結(jié)構(gòu)式如式（1)所示，其中η為聚氧化乙烯鏈的平均摩爾數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陽離子改性的聚羧酸減水劑，其特征在于所述的一元不 飽和羧酸及其衍生物單體b為丙烯酸、甲基丙烯酸及其一價堿金屬鹽、二價堿金屬鹽、銨鹽 中的一種或者幾種按任意比例的混合物。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陽離子改性的聚羧酸減水劑，其特征在于所述的陽離子 單體c為（甲基）丙烯酰氧乙基-芐基-二甲基氯化銨、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、丙烯 酰氧乙基二甲基芐基溴化銨、丙烯酰氧乙基二甲基丁基溴化銨、丙烯酰氧乙基二甲基十二 烷基溴化銨、丙烯酰氧乙基二甲基十六烷基溴化銨、二甲基二烯丙基氯化銨、甲基丙烯酰氧 乙基二甲基十二烷基溴化銨、甲基丙烯酰氧乙基二甲基十六烷基溴化銨、甲基丙烯酰氧乙 基二甲基芐基溴化銨、甲基丙烯酰氧乙基二甲基丁基溴化銨、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯 化銨中的一種或者幾種按任意比例的混合物。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陽離子改性的聚羧酸減水劑，其特征在于所述的二元不 飽和羧酸及其衍生物單體d為馬來酸、富馬酸、衣康酸及它們的一價堿金屬鹽、二價堿金屬 鹽、銨鹽或酸酐中的一種或者幾種按任意比例的混合物。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陽離子改性的聚羧酸減水劑，其特征在于所述的鏈轉(zhuǎn)移 劑f為巰基乙醇、2-羥基丙硫醇、巰基乙酸、2-巰基丙酸、3-巰基丙酸、2-巰基丁二酸中的 一種或者多種按任意比例的混合物，所述鏈轉(zhuǎn)移劑的加入量按重量計為單體a、單體b、單 體c和單體d的總重量的0. 08?0. 2%。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陽離子改性的聚羧酸減水劑，其特征在于所述的引發(fā)劑 e為非氧化還原體系時，選自過硫酸銨、過硫酸鉀、偶氮二異丁基脒鹽酸鹽、偶氮二異丙基咪 唑啉鹽酸鹽、偶氮二氰基戊酸中的一種或者多種的混合；所述的引發(fā)劑e為氧化組分與還 原組分按質(zhì)量比（0. 5-3) :1組成的氧化還原體系，其中氧化組分為為雙氧水、過硫酸銨、過 硫酸鉀、偶氮二異丁基脒鹽酸鹽、偶氮二異丙基咪唑啉鹽酸鹽、偶氮二氰基戊酸中的一種或 者多種的混合，還原組分為甲醛次硫酸氫鈉或L-抗壞血酸、亞硫酸氫鈉中的一種或者多種 的混合；所述引發(fā)劑的加入按重量計為單體a、單體b、單體c和單體d的總重量的0. 3? 1%〇
9.權(quán)利要求1-8所述的一種陽離子改性的聚羧酸減水劑的制備方法，其特征在于包括 以下步驟： 1) 按上述各原料組分的配比，準確稱取異戊烯醇聚氧乙烯醚單體a、一元不飽和羧酸 及其衍生物單體b、陽離子型單體c和二元不飽和羧酸及其衍生物單體d、引發(fā)劑e和鏈轉(zhuǎn) 移劑f; 2) 在惰性氣體保護下，將所述單體a異戊烯醇聚氧乙烯醚溶于水中，升溫至7?70°C， 得到水溶液A; 3) 將單體b-元不飽和羧酸及其衍生物、陽離子型單體c和二元不飽和羧酸及其衍生 物單體d、鏈轉(zhuǎn)移劑f混合溶于水中，得到混合溶液B; 4) 將引發(fā)劑e溶于水中，得到水溶液C; 5) 將水溶液B和C同時分別勻速滴加到單體a的水溶液，滴加完成后保持溫度在7? 70°C條件下反應(yīng)2-4小時，然后降溫并加堿中和至pH為5?8,得到陽離子改性的聚羧酸減 水劑； 上述步驟1)_5)適用于所述的引發(fā)劑為非氧化還原體系的情況；當(dāng)所述引發(fā)劑為氧化 還原體系時，與上述步驟1)-5)的不同之處在于：所述氧化組分溶于水溶液A中，所述水溶 液C中僅包含還原組分。
【文檔編號】C08F283/06GK104446101SQ201410689917
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月26日
【發(fā)明者】畢耀, 鄭廣軍, 傅承飛, 高育欣, 李興, 邢菊香, 孫沖, 王少峰, 汪金文, 熊龍 申請人:中建商品混凝土有限公司