一种聚羧酸化合物及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种聚羧酸化合物及其制备方法和应用，属于混凝土外加剂技术领域。本发明专利技术的聚羧酸减水剂由乙烯基杯芳烃、不饱和酸、不饱和酸酯和聚醚大单体聚合而成，其侧链位阻大，因此当其用作聚羧酸减水剂时，可具备优异的抗泥性能，又因为含有丰富的磺酸基，因此具有优异的亲水性能和早强性能。有优异的亲水性能和早强性能。

【技术实现步骤摘要】
一种聚羧酸化合物及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于混凝土外加剂
，具体涉及一种聚羧酸化合物及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]聚羧酸减水剂由于具备掺量低、减水率高、绿色环保等优点，被广泛用作混凝土外加剂。但是，与萘系、脂肪族等减水剂相比，聚羧酸减水剂对混凝土骨料中的粘土较为敏感，表现为当含泥量较大时，聚羧酸系减水剂的分散能力严重下降、需水量大、混凝土坍落度损失快，导致硬化混凝土强度降低、出现裂纹等问题。同时，随着建筑行业的快速发展，优质的砂石资源变得越来越稀缺，建筑用砂石中的含泥量偏高等问题日益突出。
[0003]基于上述原因，领域内对聚羧酸减水剂抗泥性的研究也日益增多，其思路主要是引入功能化基团或变化原料单体，但是目前这两种方法所得的聚羧酸减水剂的抗泥性能依然有待提升。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种聚羧酸化合物，由于化合物结构的调整，当其用作聚羧酸减水剂时，可具备优异的抗泥性能。
[0005]本专利技术还提出一种上述聚羧酸化合物的制备方法。
[0006]本专利技术还提出一种具有上述聚羧酸化合物的聚羧酸减水剂。
[0007]本专利技术还提出一种上述聚羧酸减水剂作为混凝土外加剂的应用。
[0008]根据本专利技术的一个方面，提出了一种聚羧酸化合物，所述聚羧酸化合物的结构式如式I所示：
[0009][0010]其中：
[0011]R1为—H或—CH3；
[0012]R2为—COOH或—H；
[0013]R3为—H、—CH2COOH或—CH3中的一种；
[0014]R4为—H或—CH3；
[0015]R5为—CH2CH2OH、—CH2CH2CH2OH、—CH2CH(OH)CH3、—CH3或—CH2CH3中的一种；
[0016]R6为—H或—CH3；
[0017]R7为—CH2—、—CH2CH2—、—OCH2CH2—或—OCH2CH2CH2CH2—中的一种；
[0018]R8为—SO3H或—SO3Na；
[0019]R9为—COOH或—COONa；
[0020]a，b，x，y，m，n为重复单元的重复数，
[0021]a:y＝(0.1～1.5):1，b:y＝(2.5～6.0):1，x:y＝(0.5～1.5):1，m＝27～180，n＝4，6，8。
[0022]根据本专利技术的一种优选的实施方式，至少具有以下有益效果：
[0023](1)本专利技术提供的聚羧酸化合物，包含磺酸化杯[n]芳烃(USCnA)基团和聚醚侧链基团，也就是侧链的尺寸较大，因此上述聚羧酸化合物用作混凝土减水剂时，侧链的空间排阻力较高，侧链形成的水化层厚度也会增加，进而可增大产品的减水能力；
[0024]此外，杯[n]芳烃为环状空腔结构，其空腔具有大小可调的优点，可以通过调节其空腔大小，可调节聚羧酸化合物的侧链尺寸，因此本专利技术所得的聚羧酸化合物适用范围广；
[0025](2)砂石中含有的泥，多为层状的黏土，本专利技术提供的聚羧酸化合物具有较大侧链，由于本专利技术提供的聚羧酸化合物具有较大的侧链(位阻)，因此难以插入至黏土结构中，也就是难以与黏土结合，这进一步的说明黏土对聚羧酸减水剂的性能几乎没有影响，因此，本专利技术提供的聚羧酸化合物可提升聚羧酸减水剂的抗泥功能；
[0026](3)本专利技术提供的聚羧酸化合物中含有丰富的磺酸基团，磺酸基团对水泥颗粒水化后表面暴露的钙离子等有强烈的吸附定位作用，这能够强化聚羧酸化合物在水泥表面的定向吸附作用，进而提高混凝土硬化后的强度；又由于钙离子的争夺作用，粘土对聚羧酸化合物的吸附作用进一步降低，因此磺酸基团的存在也有利于粘土在混凝土中的分散和稳定，进而降低了黏土对混凝土强度的影响；此外，磺酸基团还可提升聚羧酸化合物的亲水性能。
[0027]所述式I中，a表示乙烯基磺化杯芳烃单体的重复数，此单体主要是影响聚羧酸化合物的空间位阻效应，位阻越大，当其用作减水剂时对黏土的抗性也越大，同时阻碍水泥的水化作用也越明显，当a:y＝(0.1～1.5):1(表示原料的摩尔比)时，可兼顾水泥的水化作用和对黏土的抗性。
[0028]所述式I中，b为丙烯酸类单体的重复数，此单体与聚氧乙烯醚类单体相结合，起提升水泥分散的作用，b的值越大，则当所述聚羧酸化合物用于聚羧酸减水剂时，对水泥络合能力越强，但对水泥的分散能力下降；b的值越小，则对水泥络合能力越弱，但对水泥的分散能力增加，当b:y＝(2.5～6.0):1时，可兼顾上述两方面的性能。
[0029]所述式I中，x为丙烯酸酯类单体的重复数，在碱性条件下，酯类结构缓慢发生水解，裸露出羧基，与丙烯酸类单体的功能一致，当x:y＝(0.5～1.5):1时，可兼顾水泥的水化作用和对黏土的抗性。
[0030]在本专利技术的一些实施方式中，所述式I中，R8为——SO3Na。
[0031]在本专利技术的一些实施方式中，所述聚羧酸化合物，平均分子量在20000～80000之
间。
[0032]若所述聚羧酸化合物的平均分子量在20000～80000之间，则将其应用于聚羧酸减水剂后，聚羧酸减水剂的性能最优；当平均分子量较小(<20000)时，聚羧酸减水剂的分散能力较弱，使得混凝土分散效果不充分，混凝土扩展度偏小；当平均分子量较大(>80000)时，聚羧酸减水剂的黏性较大，混凝土较黏稠，扩展度同样偏小；因此若平均分子量超出20000～80000的范围，则聚羧酸减水剂的性能变差。
[0033]根据本专利技术的再一个方面，提出了所述聚羧酸化合物的制备方法，包括在链转移剂和引发剂的作用下，使乙烯基磺化杯[n]芳烃、聚醚大单体、不饱和酸单体和不饱和酸酯单体发生聚合反应，即得所述聚羧酸化合物。
[0034]根据本专利技术的一种优选的实施方式的制备方法，至少具有以下有益效果：
[0035]本专利技术提供的制备方法与现有的制备方法相比，在聚羧酸减水剂中引入了杯芳烃，因此能够在保证减水率的同时，降低粘土对聚羧酸分子的吸附，对混凝土地材中的泥土含量敏感度低，同时还能够改善混凝土的和易性能，具有更好的适应性及抗泥土吸附能力。同时，USCnA结构单元具有丰富的磺酸基团，其对水泥颗粒水化后表面暴露的钙离子等有强烈的吸附定位作用，这能够强化其在水泥表面的定向吸附，有利于提高混凝土硬化后的强度，降低黏土对混凝土强度的影响。
[0036]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述的聚羧酸化合物的制备方法，包括如下步骤：
[0037]S1.对叔丁基苯酚和甲醛在碱性催化剂作用下发生反应，得杯[n]芳烃；
[0038]S2.以磺化剂对所述杯[n]芳烃进行磺化改性，得磺化杯[n]芳烃；
[0039]S3.将所述磺化杯[n]芳烃与甲基丙烯酰氯反应，得乙烯基磺化杯[n]芳烃；
[0040]S4.在链转移剂和引发剂的作用下，使所述乙烯基磺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚羧酸化合物，其特征在于，结构式如式I所示：其中：R1为—H或—CH3；R2为—COOH或—H；R3为—H、—CH2COOH或—CH3中的一种；R4为—H或—CH3；R5为—CH2CH2OH、—CH2CH2CH2OH、—CH2CH(OH)CH3、—CH3或—CH2CH3中的一种；R6为—H或—CH3；R7为—CH2—、—CH2CH2—、—OCH2CH2—或—OCH2CH2CH2CH2—中的一种；R8为—SO3H或—SO3Na；R9为—COOH或—COONa；a，b，x，y，m，n为重复单元的重复数，a:y＝(0.1～1.5):1，b:y＝(2.5～6.0):1，x:y＝(0.5～1.5):1，m＝27～180，n＝4，6，8。2.根据权利要求1所述的聚羧酸化合物，其特征在于，所述式I中，R8为—SO3Na。3.根据权利要求1或2所述的聚羧酸化合物，其特征在于，所述聚羧酸化合物，平均分子量在...

【专利技术属性】
技术研发人员：田明，钟康，刘雅卓，谭亮，颜文海，杨洪，
申请(专利权)人：湖南中岩建材科技有限公司，
类型：发明
国别省市：