聚羧酸及其在水泥中的用途制造技术

本发明专利技术涉及一种聚羧酸及其在水泥中的应用。本发明专利技术提供的聚羧酸具有梳形结构，且由第一单体A、不饱和羧酸单体B和功能单体C无规共聚而成，其中，所述第一单体选自不饱和聚醚单体和不饱和聚酯单体中的至少一种，各单体的摩尔比为A：B：C＝1：(8～50)：(0～5)。本发明专利技术提供的聚羧酸作为分散剂在不掺缓凝剂的情况下能大幅度延长并有效控制对水泥塌落度和流动度的保持，且不泌水，满足工程要求。

Polycarboxylic acid and its use in cement

The invention relates to a polycarboxylic acid and its application in cement. The polycarboxylic acid provided by the present invention has comb structure and is formed by random copolymerization of the first monomer A, the unsaturated carboxylic monomer B and the functional monomer C, in which the first monomer is selected from at least one of the unsaturated polyether monomer and the unsaturated polyester monomer, and the molar ratio of each monomer is A:B:C = 1: (8~50): (0~5). The polycarboxylic acid provided by the invention can greatly extend and effectively control the retention of cement collapse and flow degree without retarding coagulant, and not secrete water, and meet the engineering requirements.

【技术实现步骤摘要】
聚羧酸及其在水泥中的用途
本专利技术涉及一种聚羧酸及其在水泥中的用途。
技术介绍
混凝土是世界范围内广泛使用的材料之一，其中水泥作为胶凝材料是其重要组成部分。水泥按性能可分为：1)通用水泥，一般土木建筑工程通常采用的水泥，主要是指：GB175—2007规定的六大类水泥，即硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥；2)专用水泥，是指有专门用途的水泥，如G级油井水泥，道路硅酸盐水泥；3)特性水泥：是指某种性能比较突出的水泥。如：快硬硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、膨胀硫铝酸盐水泥、磷铝酸盐水泥和磷酸盐水泥。虽然水泥品种繁多，但是中国及世界上主要使用的还是硅酸盐水泥，即国外统称的波特兰水泥。作为一种节能环保的新品种，硫铝酸盐水泥逐渐受到越来越多的重视。由于其具有早强快硬、高强、高抗渗、高抗冻、耐腐蚀、低收缩乃至无收缩等优异特性，在一些需要特殊性能的水泥砂浆或混凝土中，获得越来越多的应用，如修补堵漏、注浆灌浆、海工混凝土等。同时，由于硫铝酸盐水泥的生产采用品位较低的矾土、石膏和石灰石为原料，烧制成以无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物组成的熟料，另外掺适量硫酸盐相磨细而成。生产过程具有低能耗、低排放等优点。具有很大的应用推广空间。然而，众所周知，水泥砂浆或混凝土的强度、耐久性等很多性能取决于水灰比，即拌合用水量与水泥用量的比值。水灰比越低，通常强度越高，耐久性越好。然而，水灰比的降低同时降低了砂浆或混凝土工作性、流动性等。因此，减水剂，作为一种具有分散水泥颗粒的分散剂，已经成为现代混凝土或砂浆配合比中不可或缺的组分。少量减水剂的加入，可以极大地提高砂浆或混凝土的流动性，减小用水量。尤其是聚羧酸减水剂，由于其很高的减水率(25-40％)、分子结构的多样化及易调控等性能，已经成为目前水泥混凝土减水剂的主要品种。然而，目前市场可得的聚羧酸减水剂多为硅酸盐水泥设计的。不同于硅酸盐水泥，硫铝酸盐水泥组成主要由无水硫铝酸钙、石膏及其它硅酸盐相组成。具有水化速度快、凝结时间快等特点。同时，水泥颗粒及水化产物相的颗粒表面性质不同，导致了传统的聚羧酸减水剂不能成功地应用于硫铝酸盐水泥体系中。主要呈现的问题就是在混凝土中呈现分散性能不足、初始流动度或坍落度小、掺量大、流动保持性或保坍性差等缺点。为此，本专利专利技术了一种专门应用于硫铝酸盐体系的聚羧酸减水剂。掺入到硫铝酸盐水泥砂浆或混凝土中，具有掺量小、分散性好、保坍性好等优异性能。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供了一种聚羧酸，以及所述聚羧酸在水泥尤其是硫铝酸盐水泥中特别是作为分散剂的应用。在不掺缓凝剂的情况下，本专利技术提供的聚羧酸作为分散剂能大幅度延长并有效控制对水泥塌落度和流动度的保持，且不泌水，满足工程要求。在第一个方面，本专利技术提供了一种聚羧酸，其具有梳形结构，且由第一单体A、不饱和羧酸单体B和功能单体C无规共聚而成，其中，所述第一单体选自不饱和聚醚单体和不饱和聚酯单体中的至少一种，各原料的摩尔比为A：B：C＝1：(8～50)：(0～5)，优选地，A：B：C＝1：(9～30)：(0～5)，更优选地，A：B：C＝1：(9～30)：(0.01～5)，更优选地，A：B：C＝1：(9～30)：(0.5～4)。根据本专利技术的一些实施方式，所述不饱和聚酯单体的结构如式(1)所示，其中：A表示碳原子数为2～4的亚烷基；B表示碳原子数为2～4且不同于A的亚烷基；R1和R2各自独立的表示H或碳原子数为1～5的烷基优选甲基；R3表示H或碳原子数为1～4的烷基；X表示碳原子数为0～5的亚烷基；m表示0～200的整数，优选20～140；n表示0～200的整数，优选20～140；m+n>10。根据本专利技术的一些实施方式，所述不饱和聚醚单体的结构如式(2)所示，其中：E表示碳原子数为2～4的亚烷基；F表示碳原子数为2～4且不同于E的亚烷基；R4和R5各自独立的表示H或碳原子数为1～5的烷基优选甲基；R6表示H或碳原子数为1～4的烷基；Y表示碳原子数为0～5的亚烷基；p表示0～200的整数，优选20～140；q表示0～200的整数，优选20～140；p+q>10。优选地，所述不饱和聚醚单体的分子量为2000～8000，优选为2000～5000。根据一个实施例，所述不饱和聚醚单体为HPEG-4000。优选地，所述不饱和聚酯单体的分子量为2000～8000，优选为2000～5000。根据本专利技术的一些实施方式，所述不饱和羧酸单体选自丙烯酸(AA)、甲基丙烯酸、衣康酸、富马酸和马来酸(酐)中的至少一种。根据本专利技术的一些实施方式，所述功能单体为烯丙基磺酸钠(ALS)、N,N-二甲基乙酰基乙酰胺(DMAA)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、对苯乙烯磺酸钠(SSS)、N,N,N-三甲基-3-(2-甲基烯丙酰胺基)-1-氯化丙胺(MAPTAC，CAS号：51410-72-1)、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)和苯乙烯(St)中的至少一种。本专利技术的第二个方面提供了所述聚羧酸在以硫铝酸盐水泥为主要胶凝材料的砂浆或混凝土中作为分散剂的用途。根据本专利技术的一些实施方式，所述分散剂不包含其它任何助剂。根据本专利技术的一些实施方式，所述分散剂不与缓凝剂同时使用。根据本专利技术的一些实施方式，所述分散剂在所述硫铝酸盐水泥中的掺量为0.1～2.0wt％，优选为0.5～1.5wt％。本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术提供的聚羧酸作为硫铝酸盐水泥分散剂，具有提高的减水分散效果，在不掺缓凝剂的情况下，能大幅度延长并有效控制对塌落度和流动度的保持，且不泌水，满足工程要求。附图说明图1显示了对于SAC1水泥体系，不饱和羧酸(AA)和大单体(HPEG)摩尔比为10和12时，不同掺量下的初始分散效果。图2显示了对于SAC1水泥体系，不饱和羧酸(AA)和大单体(HPEG)摩尔比小于8或者大于50时，不同掺量下的初始分散效果。图3显示了对于SAC1水泥体系，不饱和羧酸(AA)和大单体(HPEG)摩尔比为10和12时，不同掺量下(0.002表示掺量为0.2wt％、0.005表示掺量为0.5wt％、0.01表示掺量为1wt％、0.015表示掺量为1.5wt％)的流动度保持性。图4显示了对于SAC1水泥体系，不饱和羧酸(AA)和大单体(HPEG)摩尔比小于8或者大于50时，不同掺量下的流动度保持性。图5说明0.5wt％掺量下，不饱和羧酸为AA、大单体为HPEG的时候共聚功能单体分散剂对SAC1体系的流动度保持性。图6说明1.5wt％掺量下，不饱和羧酸为AA、大单体为HPEG的时候共聚功能单体分散剂对SAC1体系的流动度保持性。图7说明1.5wt％掺量下，不饱和羧酸为AA、大单体为HPEG的时候不同分散剂对SAC2体系的流动度保持性。图8说明2.0wt％掺量下，不饱和羧酸为AA、大单体为HPEG的时候不同分散剂对SAC2体系的流动度保持性。图9说明对于SAC1水泥体系，不饱和羧酸(MA)和大单体(HPEG)摩尔比为10和12时，1.5％wt掺量下的初始分散效果。图10说明对于SAC1水泥体系，不饱和羧酸(MA)和大单体(HPEG)摩尔比为10和12本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚羧酸，其具有梳形分子结构，且由第一单体A、不饱和羧酸单体B和功能单体C无规共聚而成，其中，所述第一单体选自不饱和聚醚单体和不饱和聚酯单体中的至少一种，各单体的摩尔比为A：B：C＝1：(8～50)：(0～5)。

【技术特征摘要】
1.一种聚羧酸，其具有梳形分子结构，且由第一单体A、不饱和羧酸单体B和功能单体C无规共聚而成，其中，所述第一单体选自不饱和聚醚单体和不饱和聚酯单体中的至少一种，各单体的摩尔比为A：B：C＝1：(8～50)：(0～5)。2.根据权利要求1所述的聚羧酸，其特征在于，各单体的摩尔比A：B：C＝1：(9～30)：(0～5)，优选地，A：B：C＝1：(9～30)：(0.01～5)，更优选地，A：B：C＝1：(9～30)：(0.5～4)。3.根据权利要求1或2所述的聚羧酸，其特征在于，所述不饱和聚酯单体的结构如式(1)所示，其中：A表示碳原子数为2～4的亚烷基；B表示碳原子数为2～4且不同于A的亚烷基；R1和R2各自独立的表示H或碳原子数为1～5的烷基优选甲基；R3表示H或碳原子数为1～4的烷基；X表示碳原子数为0～5的亚烷基；m表示0～200的整数，优选20～140；n表示0～200的整数，优选20～140；m+n>10。4.根据权利要求1-3中任一项所述的聚羧酸，其特征在于，所述不饱和聚醚单体的结构如式(2)所示，其中：E表示碳原子数为2～4的亚烷基；F表示碳原子数为2～4且不同于E的亚烷基；R4和R5各自...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔祥明，田红伟，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11