改性混凝土外加剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供改性混凝土外加剂及其制备方法和应用，所述改性混凝土外加剂包含改性聚羧酸减水剂，所述聚羧酸减水剂由摩尔比为4～6:1:0.2～0.3的不饱和羧酸单体、聚醚大单体和疏水单体聚合而成；其中，所述不饱和羧酸单体为丙烯酸和/或甲基丙烯酸；所述聚醚大单体的结构式如式I所示，式I中，R

【技术实现步骤摘要】
改性混凝土外加剂及其制备方法和应用
本专利技术属于砂浆和混凝土用外加剂
，具体涉及聚羧酸减水剂的改性，及其制备方法和应用。
技术介绍
在混凝土的制备过程中，掺入少量的外加剂，能提高混凝土性能，减少混凝土用水量。节约水泥，降低成本，改善施工性。混凝土外加剂包含减水剂、引气剂、泵送剂、缓凝剂、早强剂、速凝剂等，尤其是减水剂。聚羧酸减水剂具有用量低、减水率高、保坍性好以及分子结构可调等优点，为大型工程的质量提供了有力保障，是目前混凝土用外加剂市场的重要产品。聚羧酸减水剂的优越性能来源于其独特的分子结构。聚羧酸减水剂是一种水溶性的梳形高分子，由富含羧酸基团的主链和聚氧乙烯基醚(以下简称为“聚醚”)侧链组成，主链上的羧酸基可以定向吸附在带正电的水泥或水泥水化物的表面，而聚醚侧链在溶液中伸展形成水膜层，可以提供空间排斥力，进而防止水泥团聚。水膜层所提供的空间排斥力的大小是影响局羧酸减水剂减水能力的关键因素。中国专利申请CN108249807A公开了一种新型聚羧酸减水剂，该聚羧酸减水剂将聚醚侧链由传统的线性结构变为梳形结构来增加水膜层的厚度，提高了空间排斥力，进而提高了聚羧酸减水剂的减水能力。但是，这样的聚醚侧链结构复杂，难以通过一步法合成，生产工艺复杂，成本高。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术的目的是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种改性混凝土外加剂及其制备方法和应用，所述混凝土外加剂包含改性聚羧酸减水剂，所述聚羧酸减水剂具有提高的减水率，并且和易性好。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。一方面，本专利技术提供一种混凝土外加剂，其包含改性聚羧酸减水剂，其中，所述聚羧酸减水剂由摩尔比为4～6:1:0.2～0.3的不饱和羧酸单体、聚醚大单体和疏水单体聚合而成；其中，所述不饱和羧酸单体为丙烯酸和/或甲基丙烯酸；所述聚醚大单体的结构式如式I所示：式I中，R1、R2、R3和R4各自独立地为H或CH3，b为20～120的整数；所述疏水单体的结构式如式II所示：式II中，R5为H或CH3，R6为C8～C12的烷基。聚羧酸减水剂锚定在水泥颗粒上后，亲水的聚醚侧链伸展在液相中形成水膜层，水膜层的空间位阻效应是影响聚羧酸减水剂减水能力的重要因素。本申请专利技术人发现，通过在主链上引入具有C8～C12烷基的疏水单体，可以有效提高聚羧酸减水剂的减水率，并且和易性(坍落度)好。不希望理论限制，认为，不饱和羧酸单体、聚醚大单体和疏水单体经自由基聚合形成具有聚醚侧链的梳形分子结构，疏水单体的柔性疏水性烷基结构因其疏水性和空间位阻效应，有利于聚醚侧链的伸展，增加了水膜层的厚度，进而提高了减水能力。根据本专利技术提供的聚羧酸减水剂，其中，所述聚羧酸减水剂的重均分子量为20000～100000g/mol，优选为40000～60000g/mol。根据本专利技术提供的聚羧酸减水剂，其中，适用于本专利技术的聚醚大单体的具体实例包括但不限于：烯丙基聚氧乙烯醚、甲基烯丙基聚氧乙烯醚和异戊烯醇聚氧乙烯醚。根据本专利技术提供的聚羧酸减水剂，其中，式I所示的聚醚大单体中，b为20～120的整数。聚醚大单体的分子量过小时，无法提供足够的空间位阻效应，相反，分子量过大时，聚醚单体活性低。在一些优选实施方案中，式I所示的聚醚大单体中，b为40～100的整数，以及在一些优选实施方案中为40～70的整数。根据本专利技术提供的聚羧酸减水剂，其中，式II所示的疏水单体中，R6可以直链烷基或支链烷基。据认为，直链烷基更有利于聚醚侧链形成水膜层。适合用于本专利技术的疏水单体的具体实例包括但不限于：第一疏水单体，如(甲基)丙烯酸正辛酯、(甲基)丙烯酸正癸酯、(甲基)丙烯酸异癸酯和(甲基)丙烯酸月桂酯；和第二疏水单体，如(甲基)丙烯酸-4-叔丁基环己基酯、(甲基)丙烯酸1-乙基环己基酯和(甲基)丙烯酸异冰片酯。在本专利技术的优选实施方案中，所述疏水单体包括第一疏水单体和第二疏水单体，所述第一疏水单体与所述第二疏水单体的摩尔比为1:0.2～0.5。本申请专利技术人发现，采用这样的疏水单体，有利于进一步改善净浆流动度和坍落度。另一方面，本专利技术还提供了聚羧酸减水剂的制备方法，其中，所述制备方法包括以下步骤：(1)将聚醚大单体、疏水单体和水加入反应容器中，搅拌混合，得到反应液；(2)在60～90℃下和在引发剂存在下，将不饱和羧酸单体滴加到步骤(1)中，滴加完毕后继续反应，得到聚羧酸减水剂。本专利技术中，由于聚醚大单体的分子量较高，双键含量低，聚合活性相对较低，而疏水单体的水溶性差，将聚醚大单体和疏水单体在聚合前一次性加入到反应容器中，充分搅拌混合，有利于物料均匀分散，并且还有利于在聚合过程中的转化率的提高。根据本专利技术提供的制备方法，其中，所述步骤(1)中水的用量可以根据聚合浓度进行调整。在一些实施方案中，所述步骤(1)中水的用量为不饱和羧酸单体、聚醚大单体和疏水单体总质量的3～9倍，以及在一些实施方案中为4～6倍。根据本专利技术提供的制备方法，其中，适合用于本专利技术的引发剂的实例包括但不限于：过硫酸铵、过硫酸钠和过硫酸钾。根据本专利技术提供的制备方法，其中，所述步骤(2)中所述引发剂的用量为以不饱和羧酸单体、聚醚大单体和疏水单体总质量计0.1～1％。根据本专利技术提供的制备方法，其中，所述步骤(2)中所述引发剂可以加入到不饱和羧酸单体中，也可以配制成引发剂水溶液，与不饱和羧酸单体分别滴加到步骤(1)中得到的反应液中。根据本专利技术提供的制备方法，其中，所述步骤(2)中不饱和羧酸单体的加入时间为2～3小时，滴加完毕后继续反应1～5小时。当所述步骤(2)中所述引发剂以水溶液形式滴加时，其加入时间可以与不饱和羧酸单体的加入时间相同，也可以延长15～30分钟。根据本专利技术提供的制备方法，其中，所述步骤(2)是在惰性气氛下进行的。所述惰性气氛为氮气气氛、氦气气氛或氩气气氛。又一方面，本专利技术提供了所述改性混凝土外加剂在混凝土中的应用。根据本专利技术提供的改性混凝土外加剂在混凝土中的应用，其中，所述聚羧酸减水剂的掺量为混凝土中总胶凝材料重量的0.1～0.5％。此外，所述混凝土外加剂中还可以包含现有技术中已知的引气剂、泵送剂、缓凝剂、早强剂、增稠剂、消泡剂和/或速凝剂等。本专利技术的聚羧酸减水剂可以单独使用，也可以与诸如木质磺酸盐减水剂、萘系磺酸盐减水剂、聚羧酸减水剂等市售的其它减水剂混合使用。本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术的聚羧酸减水剂的减水率高，和易性好，可以广泛用于混凝土领域。(2)本专利技术的聚羧酸减水剂制备工艺简便，生产成本低，利于推广应用。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。基于本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性混凝土外加剂，其包含改性聚羧酸减水剂，其中，所述聚羧酸减水剂由摩尔比为4～6:1:0.2～0.3的不饱和羧酸单体、聚醚大单体和疏水单体聚合而成；/n其中，所述不饱和羧酸单体为丙烯酸和/或甲基丙烯酸；/n所述聚醚大单体的结构式如式I所示：/n

【技术特征摘要】
1.一种改性混凝土外加剂，其包含改性聚羧酸减水剂，其中，所述聚羧酸减水剂由摩尔比为4～6:1:0.2～0.3的不饱和羧酸单体、聚醚大单体和疏水单体聚合而成；
其中，所述不饱和羧酸单体为丙烯酸和/或甲基丙烯酸；
所述聚醚大单体的结构式如式I所示：



式I中，R1、R2、R3和R4各自独立地为H或CH3，b为20～120的整数；
所述疏水单体的结构式如式II所示：



式II中，R5为H或CH3，R6为C8～C12的烷基。


2.根据权利要求1所述的改性混凝土外加剂，其中，所述聚羧酸减水剂的重均分子量为20000～100000g/mol，优选为40000～60000g/mol。


3.根据权利要求1或2所述的改性混凝土外加剂，其中，所述聚醚大单体为烯丙基聚氧乙烯醚、甲基烯丙基聚氧乙烯醚或异戊烯醇聚氧乙烯醚；
优选地，式I所示的聚醚大单体中，b为40～100的整数，优选为40～70的整数。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的改性混凝土外加剂，其中，所述疏水单体为选自(甲基)丙烯酸正辛酯、(甲基)丙烯酸正癸酯、(甲基)丙烯酸异癸酯、(甲基)丙烯酸月桂酯、(甲基)丙烯酸-4-叔丁基环己基酯、(甲基)丙烯酸1-乙基环己基酯和(甲基)丙烯酸异冰片酯中的一种或多种；
优选地，所述疏水单体包括第一疏水单体和第二疏水单体，所述第一疏水单体为选自(甲基)丙烯酸正辛酯、(甲基)丙烯酸正癸酯、(甲基)丙烯酸异癸酯...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志伟，
申请(专利权)人：南京茂汇盈科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32