一种嵌段聚羧酸混凝土高效减水剂及其制备方法
【专利摘要】本发明提供一种具有有序结构的嵌段聚羧酸混凝土高效减水剂及其制备方法，采用原子转移自由基聚合制备嵌段聚羧酸，有效的控制聚羧酸结构规整性及其分子量分布，并应用于水泥分散过程中。解决了聚羧酸分子量不可控、分子量分布较宽、分子结构不可设计等难题。
【专利说明】一种嵌段聚羧酸混凝土高效减水剂及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及建筑材料中混凝土外加剂【技术领域】，具体涉及一种可用作混凝土高效减水剂的嵌段聚羧酸及其制备方法。
【背景技术】
[0002]混凝土是最为常见的一种建筑材料，随着科学技术的不断发展，人们对建筑结构的功能和质量的要求逐渐提高，因此，混凝土外加剂应运而生。混凝土外加剂是一种在混凝土搅拌之前或拌制过程中加入的、用以改善新拌和(或)硬化混凝土性能的材料。随着社会的进步和科学技术的发展，混凝土外加剂的种类越来越多，按其主要功能分为四类:(1)改善混凝土拌合物流变性能的外加剂，包括各种减水剂、引气剂和泵送剂等；(2)调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂，包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等；(3)改善混凝土耐久性的外加剂，包括引气剂、防水剂和阻锈剂等；(4)改善混凝土其他性能的外加剂，包括膨胀剂、着色剂、防水剂等。各种混凝土外加剂的广泛应用，已使其成为混凝土中除水泥、砂、石和水之外不可或缺的第五组份，外加剂的研究和应用促进了新品种混凝土和混凝土施工技术的发展。其中减水剂是混凝土工程中应用最广泛的外加剂品种，其使用量已超过外加剂总量的80%，是现代混凝土不可缺少的重要组成部分。聚羧酸系减水剂作为一种新型的高性能减水剂，又被称为超塑化剂，由于其共聚物原料来源广泛，分子组成可设计，具有掺量低、保坍性能好、混凝土收缩率低、分子结构可调性强、生产工艺清洁化等突出优点，成为国内外混凝土外加剂研究和开发的热点。自20世纪90年代以来，已得到广泛的认可和应用，特别是在欧美、日本等发达国家，其使用量已经超过传统的萘系减水剂。它是目前应用前景最好，综合性能最优的高性能减水剂。
[0003]目前，聚羧酸系外加剂广泛采用自由基聚合方法，传统自由基聚合的缺点是得到的聚合物多分散性及微结构无法控制，其根本原因与慢引发、快增长、速终止的机理相关，具体来说，自由基聚合机理由链引发、链增长、链终止等基元反应组成，链引发是形成单体自由基(活性种)的反应，引发剂 引发由两步反应组成，第一步为引发剂分解，形成初级自由基；第二步为初级自由基与单体加成，形成单体自由基。以上两步反应动力学行为有所不同，第一步引发剂引发分解是吸热反应，活化能高，反应速率和分解速率常数小；第二步是放热反应，活化能低，反应速率大，因此，总引发速率由第一步反应控制。链增长是单体自由基打开烯烃类分子的双键，加成，形成新的自由基，新自由基的活性并不衰减，继续与烯烃单体连锁加成，形成结构单元更多的链自由基的过程。链增长反应活化能低，约20~34kJ/mol，增加极快。链终止是自由基相互作用而终止的反应，链终止活化能很低，仅8~21kJ/mol，甚至低至零，终止速率常数极高。比较三种基元反应的相对难易程度，可以将传统自由基聚合的机理特征描述为慢引发、快增长、速终止。因此，自由基聚合得到分子量分布较宽，且无规结构的聚合物。随着无规结构的聚羧酸减水剂构效关系的深度挖掘和梳形共聚物外加剂性能的极限优化，研究者发现梳形共聚物进一步的性能提升和功能化进入瓶颈状态，目前使用的梳形聚合物分散剂已难以满足混凝土新的、更高的要求，且发展空间不大。因此，探索新的拓扑结构的高性能聚合物分散剂及在混凝土中的应用具有较高的现实意义。
[0004]综上所述，制备聚合物分子量可控、分子量分布较窄、分子结构与组成可设计的拓扑结构聚合物是十分必要的。
【发明内容】
[0005]本发明旨在克服上述现有技术的不足，提供一种具有有序结构的嵌段聚羧酸混凝土高效减水剂及其制备方法，解决聚羧酸分子量不可控、分子量分布较宽、分子结构不可设计等难题。
[0006]本发明的技术原理:采用原子转移自由基聚合，有效的控制聚羧酸结构规整性及其分子量分布，并应用于水泥分散过程中。
[0007]本发明提供一种嵌段聚羧酸高效减水剂，其结构符合通式④:
[0008]
【权利要求】
1.一种嵌段聚羧酸高效减水剂，其特征在于:其结构符合通式④:
2.权利要求1所述嵌段聚羧酸高效减水剂的制备方法，其特征在于:包括下述步骤: I)单体A与催化剂、配体、溶剂充分混合后，通入N2将溶液中O2排出，然后将引发剂一次性快速加入到上述溶液中，在N2保护下进行原子转移可控自由基聚合反应，其反应温度为30°C~90°C，反应时间为0.5 h~12h，得到均聚物大分子溶液；单体A的分子结构符合通式①，均聚物的分子结构符合通式②；
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于:所述单体B选自丙烯酸或者甲基丙烯酸中的任意一种或者二者以任意比例混合。
4.根据权利要求2所述`的方法，其特征在于:单体A是具有通式(I)所表示的结构的物质中的至少一种，以任意比例混合。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于:所述引发剂包括2-溴异丁酸乙酯、2-溴丙酸甲酯或者2-溴异丙酰溴中的任意一种。
【文档编号】C04B103/30GK103482897SQ201310406923
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月9日 优先权日:2013年9月9日
【发明者】冉千平, 王秀梅, 杨勇, 周栋梁, 刘金芝 申请人:江苏博特新材料有限公司, 江苏苏博特新材料股份有限公司, 江苏省建筑科学研究院有限公司, 南京博特新材料有限公司