本发明属于建筑外加剂技术领域，具体涉及一种高减水低敏感聚羧酸减水剂及其制备方法。
背景技术：
聚羧酸高性能减水剂具有高减水、低掺量、高保坍等特点，能使混凝土具有良好的流动性、触变性和长时间保坍性能，且聚羧酸高性能减水剂在合成生产过程中无甲醛、氨等有害物质产生，合成温度相比萘系减水剂低很多，生产工艺节能环保。近十几年来得到了大力的推广应用，广泛应用于公路、铁路、桥梁、核电、大坝、隧道、海工和高层建筑等工程领域。
近年来由于我国房地产市场和基础设施建设高速发展，大量的工程建设耗费了巨量的水泥、砂石，加剧了砂石资源供应的紧张局面，全国不少地区的天然砂、石资源日益匮乏，砂石材料供不应求，导致砂石材料极不稳定以及砂石含泥量高且不稳定，聚羧酸减水剂应用于混凝土，出现减水率不足，保坍不好，敏感性问题日益突出。因此，开发出一种高减水，高保坍，且对材料含泥量不敏感的减水剂意义重大。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种高减水低敏感聚羧酸减水剂。
本发明的另一目的在于提供上述高减水低敏感聚羧酸减水剂的制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种高减水低敏感聚羧酸减水剂，其分子量为10000～150000，且其结构式如下：
其中，r1为h或ch3，r2为1～4个碳的烷基，r3为空或1～4个碳的烷基，r4为空或1～4个碳的烷基，r5为h或coom，r6为h或ch3，r7为h或coom，r8为h或ch3，r9为空或1～4个碳的烷基，r10为具有一个烷基羧酸盐取代基的萘环，m为h、na、k或nh4；r3与r4相对所在苯环的关系为邻位、间位或对位。
上述高减水低敏感聚羧酸减水剂制备方法，包括如下步骤：
(1)第一酯化反应：将不饱聚醚和第一化合物混合，在氮气保护下，升温至70～90℃，再加入催化剂，保温反应0.5～3.0h，期间用抽真空或通氮气带水的方法除去水，反应结束后降至室温，得到含有酯化产物和未反应的不饱聚醚的第一混合物；上述不饱聚醚为分子量为600～5000的烯丙基聚乙二醇、3-甲基-3-丁烯-1-聚乙二醇、2-甲基烯丙基聚乙二醇中的至少一种；上述第一化合物的结构式如下：
(2)第二酯化反应：将不饱和羧酸或不饱和羧酸酐、羟基萘羧酸和阻聚剂混合，在氮气保护下，升温至90～120℃，再加入催化剂，保温反应0.5～3.0h，期间用抽真空或通氮气带水的方法除去水，反应结束后降至室温，得到含有酯化产物和未反应的不饱和羧酸或不饱和羧酸酐的第二混合物；上述不饱和羧酸或不饱和羧酸酐为丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、马来酸酐中的至少一种；上述羟基萘羧酸为1-羟基萘-4甲酸、1-羟基萘-5甲酸、1-羟基萘-6甲酸、1-羟基萘-7甲酸、2-羟基萘-4甲酸、2-羟基萘-5甲酸、2-羟基萘-6甲酸、2-羟基萘-7甲酸、1-羟甲基萘-4甲酸、1-羟甲基萘-5甲酸、1-羟甲基萘-6甲酸、1-羟甲基萘-7甲酸、2-羟甲基萘-4甲酸、2-羟甲基萘-5甲酸、2-羟甲基萘-6甲酸、2-羟甲基萘-7甲酸、1-羟基萘-4乙酸、1-羟基萘-5乙酸、1-羟基萘-6乙酸、1-羟基萘-7乙酸、2-羟基萘-4乙酸、2-羟基萘-5乙酸、2-羟基萘-6乙酸、2-羟基萘-7乙酸、1-羟甲基萘-4乙酸、1-羟甲基萘-5乙酸、1-羟甲基萘-6乙酸、1-羟甲基萘-7乙酸、2-羟甲基萘-4乙酸、2-羟甲基萘-5乙酸、2-羟甲基萘-6乙酸、2-羟甲基萘-7乙酸中的至少一种：
(3)单体共混：将步骤(1)制得的第一混合物和步骤(2)制得的第二混合物以100：6～18的质量比混合，并加入水使得其溶解，得到共聚单体混合物溶液；
(4)共聚反应：将上述共聚单体混合物溶液、引发剂水溶液及分子量调节剂水溶液滴入水中进行反应，反应温度为10～60℃，滴加时间为0.2～6.0h，滴加完毕后保温0～3.0h，得共聚产物；
(5)中和反应：将步骤(3)制得的共聚产物用碱调节ph至5～7，即得所述一种高减水低敏感聚羧酸减水剂。
在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(1)中，所述不饱聚醚和第一化合物的摩尔比为1～1.5：1，催化剂的用量为不饱聚醚和第一化合物总质量的0.05～0.3％。
在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(2)中，所述不饱和羧酸或不饱和羧酸酐和羟基萘羧酸的摩尔比为2～7∶1，所述催化剂的用量为不饱和羧酸或不饱和羧酸酐和羟基萘羧酸总质量的0.03～0.3％；所述阻聚剂用量为不饱和羧酸或不饱和羧酸酐和羟基萘羧酸总质量的0.2～3.0％％。
在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(3)和步骤(4)所用水的总量使得所述共聚产物的质量浓度为20～70％，所述引发剂的用量为所述共聚单体混合物溶液中溶质的总质量的0.5～3.0％，所述分子量调节剂的用量为所述共聚单体混合物溶液中溶质的总质量的0.2～2.0％。
进一步优选的，所述催化剂为苯六甲酸，氮硫方酸和三硝基苯磺酸中的至少一种。
进一步优选的，所述阻聚剂为对苯二酚、吩噻嗪和二苯胺中的至少一种。
进一步优选的，所述引发剂为水溶性氧化还原引发体系或水溶性偶氮引发剂。
进一步优选的，所述分子量调节剂为巯基乙酸、巯基丙酸、巯基乙醇、异丙醇、次磷酸钠、磷酸三钠、甲酸钠、乙酸钠和十二硫醇中的至少一种。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过将不饱和聚醚单体和化合物a的酯化产物用于聚羧酸减水剂的合成在聚羧酸减水剂分子的支链末端引入了苯环及羧基结构，苯环结构使得聚羧酸减水剂分子支链的空间位阻效应得到了增强，羧基结构使得聚羧酸减水剂分子支链不仅具有空间位阻效应，还具有静电斥力效应，使得制备的聚羧酸减水剂减水率更高。
2、本发明通过将不饱和羧酸或不饱和羧酸酐和羟基萘羧酸的酯化产物用于聚羧酸减水剂的合成在聚羧酸减水剂分子的主链上引入了萘羧酸侧基，改变了聚羧酸减水剂在水泥、泥、石粉上的吸附效果，使得制备的聚羧酸减水剂具有对混凝土骨料中含泥和含粉量敏感性低的效果。
3、本发明制备的聚羧酸减水剂中的酯基结构在混凝土的碱性环境下还会逐渐水解释放出部分具有减水效果的羧酸基团，使得制备的聚羧酸减水剂也具有一定的保坍效果。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。
下述实施例所制得的高减水低敏感聚羧酸减水剂的分子量为10000～150000，且其结构式如下：
其中，r1为h或ch3，r2为1～4个碳的烷基，r3为空或1～4个碳的烷基，r4为空或1～4个碳的烷基，r5为h或coom，r6为h或ch3，r7为h或coom，r8为h或ch3，r9为空或1～4个碳的烷基，r10为具有一个烷基羧酸盐取代基的萘环，m为h、na、k或nh4；r3与r4相对所在苯环的关系为邻位、间位或对位。
实施例1
(1)第一酯化反应：将510.00g分子量为1000的烯丙基聚乙二醇和100.00g临苯二甲酸混合，在氮气保护下，升温至75℃，再加入0.50g苯六甲酸，保温反应2.0h，期间用抽真空或通氮气带水的方法除去水，反应结束后降至室温，得到含有酯化产物和未反应的烯丙基聚乙二醇的第一混合物。
(2)第二酯化反应：将75.00g丙烯酸、100.00g1-羟基萘-4甲酸和2.00g对苯二酚混合，在氮气保护下，升温至95℃，再加入0.08g苯六甲酸，保温反应2.0h，期间用抽真空或通氮气带水的方法除去水，反应结束后降至室温，得到含有酯化产物和未反应的丙烯酸的第二混合物；
(3)单体共混：将100.00g步骤(1)制得的第一混合物、10.00g步骤(2)制得的第二混合物混合，并加入40.00g水使得其溶解，得到共聚单体混合物溶液；
(4)共聚反应：将上述共聚单体混合物溶液、双氧水水溶液(其中双氧水0.90g，水10.00g)、抗坏血酸水溶液(其中0.30g，水10.00g)及巯基乙酸水溶液(其中巯基乙酸0.70g，水10.00g)滴入40.00g水中进行反应，反应温度为55℃，滴加时间为2.5h，滴加完毕后保温1.5h，得共聚产物；
(5)中和反应：将步骤(4)制得的共聚产物用碱调节ph至5～7，即得所述高减水低敏感聚羧酸减水剂pce-1。
实施例2
(1)第一酯化反应：将1050.00g分子量为2000的3-甲基-3-丁烯-1-聚乙二醇和100.00g间苯二乙酸混合，在氮气保护下，升温至65℃，再加入2.30g三硝基苯磺酸，保温反应2.5h，期间用抽真空或通氮气带水的方法除去水，反应结束后降至室温，得到含有酯化产物和未反应的3-甲基-3-丁烯-1-聚乙二醇的第一混合物。
(2)第二酯化反应：将80.00g甲基丙烯酸、100.00g1-羟基萘-5甲酸和1.90g吩噻嗪混合，在氮气保护下，升温至100℃，再加入0.18g三硝基苯磺酸，保温反应2.5h，期间用抽真空或通氮气带水的方法除去水，反应结束后降至室温，得到含有酯化产物和未反应的甲基丙烯酸的第二混合物；
(3)单体共混：将100.00g步骤(1)制得的第一混合物、12.00g步骤(2)制得的第二混合物混合，并加入40.00g水使得其溶解，得到共聚单体混合物溶液；
(4)共聚反应：将上述共聚单体混合物溶液、偶氮二异丁基脒盐酸盐水溶液(其中偶氮二异丁基脒盐酸盐1.20g，水10.00g)及次磷酸钠水溶液(其中次磷酸钠0.80g，水10.00g)滴入40.00g水中进行反应，反应温度为45℃，滴加时间为2.0h，滴加完毕后保温1.5h，得共聚产物；
(5)中和反应：将步骤(4)制得的共聚产物用碱调节ph至5～7，即得所述高减水低敏感聚羧酸减水剂pce-2。
实施例3
(1)第一酯化反应：将1145.00g分子量为2400的2-甲基烯丙基聚乙二醇和100.00g对苯二丙酸混合，在氮气保护下，升温至80℃，再加入3.70g氮硫方酸，保温反应2.0h，期间用抽真空或通氮气带水的方法除去水，反应结束后降至室温，得到含有酯化产物和未反应的2-甲基烯丙基聚乙二醇的第一混合物。
(2)第二酯化反应：将150.00g马来酸、100.00g1-羟基萘-6甲酸和1.80g二苯胺混合，在氮气保护下，升温至95℃，再加入0.50g氮硫方酸，保温反应1.5h，期间用抽真空或通氮气带水的方法除去水，反应结束后降至室温，得到含有酯化产物和未反应的马来酸的第二混合物；
(3)单体共混：将100.00g步骤(1)制得的第一混合物、8.00g步骤(2)制得的第二混合物混合，并加入40.00g水使得其溶解，得到共聚单体混合物溶液；
(4)共聚反应：将上述共聚单体混合物溶液、偶氮二氰基戊酸水溶液(其中偶氮二氰基戊酸1.80g，水10.00g)及磷酸三钠水溶液(其中磷酸三钠1.20g，水10.00g)滴入40.00g水中进行反应，反应温度为50℃，滴加时间为2.0h，滴加完毕后保温1.0h，得共聚产物；
(5)中和反应：将步骤(4)制得的共聚产物用碱调节ph至5～7，即得所述高减水低敏感聚羧酸减水剂pce-3。
实施例4
(1)第一酯化反应：将1450.00g分子量为3000的烯丙基聚乙二醇和100.00g间羧甲基苯甲酸混合，在氮气保护下，升温至80℃，再加入4.50g氮硫方酸，保温反应2.5h，期间用抽真空或通氮气带水的方法除去水，反应结束后降至室温，得到含有酯化产物和未反应的烯丙基聚乙二醇的第一混合物。
(2)第二酯化反应：将185.00g马来酸酐、100.00g1-羟基萘-7甲酸和2.00g对苯二酚混合，在氮气保护下，升温至105℃，再加入0.57g三硝基苯磺酸，保温反应1.5h，期间用抽真空或通氮气带水的方法除去水，反应结束后降至室温，得到含有酯化产物和未反应的马来酸酐的第二混合物；
(3)单体共混：将100.00g步骤(1)制得的第一混合物、15.00g步骤(2)制得的第二混合物混合，并加入40.00g水使得其溶解，得到共聚单体混合物溶液；
(4)共聚反应：将上述共聚单体混合物溶液、双氧水水溶液(其中，双氧水1.00g，水10.00g)、磷酸三钠水溶液(其中，磷酸三钠1.00g，水10.00g)、抗坏血酸水溶液(其中，抗坏血酸0.20，水10.00g)滴入40.00g水中进行反应，反应温度为35℃，滴加时间为2.0h，滴加完毕后保温1.0h，得共聚产物；
(5)中和反应：将步骤(4)制得的共聚产物用碱调节ph至5～7，即得所述高减水低敏感聚羧酸减水剂pce-4。
实施例5
(1)第一酯化反应：将1860.00g分子量为4000的3-甲基-3-丁烯-1-聚乙二醇和100.00g对羧乙基苯甲酸混合，在氮气保护下，升温至75℃，再加入5.80g三硝基苯磺酸，保温反应2.0h，期间用抽真空或通氮气带水的方法除去水，反应结束后降至室温，得到含有酯化产物和未反应的3-甲基-3-丁烯-1-聚乙二醇的第一混合物。
(2)第二酯化反应：将100.00g丙烯酸、100.00g2-羟基萘-4甲酸和3.00g吩噻嗪混合，在氮气保护下，升温至110℃，再加入0.16g苯六甲酸，保温反应2.5h，期间用抽真空或通氮气带水的方法除去水，反应结束后降至室温，得到含有酯化产物和未反应的丙烯酸的第二混合物；
(3)单体共混：将100.00g步骤(1)制得的第一混合物、12.00g步骤(2)制得的第二混合物混合，并加入40.00g水使得其溶解，得到共聚单体混合物溶液；
(4)共聚反应：将上述共聚单体混合物溶液、偶氮二氰基戊酸水溶液(其中，偶氮二氰基戊酸1.80g，水10.00g)、次磷酸钠水溶液(其中，次磷酸钠1.20g，水20.00g)滴入40.00g水中进行反应，反应温度为40℃，滴加时间为3.0h，滴加完毕后保温0.5h，得共聚产物；
(5)中和反应：将步骤(4)制得的共聚产物用碱调节ph至5～7，即得所述高减水低敏感聚羧酸减水剂pce-5。
按照gb/t8076-2008对实施例1到实施例5所制得的高减水低敏感聚羧酸减水剂进行测试，折固掺量为0.19％时(相对于水泥用量)，减水率均高于45％，28d抗压强度比均大于150％，28d收缩率比均小于110％。
采用闽福p.o42.5普通硅酸盐水泥，混凝土配合比为：水泥300kg/m3、粉煤灰100kg/m3、矿粉100kg/m3、砂690kg/m3、石子1050kg/m3、水160kg/m3，并添加膨润土3.5％(相对于水泥用量)，对实施例1到实施例5所制得的高减水低敏感聚羧酸减水剂和市售高减水聚羧酸减水剂(pce)按照折固掺量0.15％进行性能测试。测试混凝土初始坍落度和扩展度、2h坍落度和扩展度，不同外加剂的测试结果如表1所示。
表1不同外加剂测试结果
从表1可以看出，对掺有膨润土的材料，本发明合成的实施例对比市售的高减水聚羧酸减水剂(pce)，减水率更大，保坍性能更好，由此可见本专利制备的聚羧酸减水剂对含泥量高的材料敏感性比较低。
本领域普通技术人员可知，本发明的技术方案在下述范围内变化时，仍然能够得到与上述实施例相同或相近的技术效果，仍然属于本发明的保护范围：
一种高减水低敏感聚羧酸减水剂，其分子量为10000～150000，且其结构式如下：
其中，r1为h或ch3，r2为1～4个碳的烷基，r3为空或1～4个碳的烷基，r4为空或1～4个碳的烷基，r5为h或coom，r6为h或ch3，r7为h或coom，r8为h或ch3，r9为空或1～4个碳的烷基，r10为具有一个烷基羧酸盐取代基的萘环，m为h、na、k或nh4；r3与r4相对所在苯环的关系为邻位、间位或对位。
上述高减水低敏感聚羧酸减水剂制备方法，包括如下步骤：
(1)第一酯化反应：将不饱聚醚和第一化合物混合，在氮气保护下，升温至70～90℃，再加入催化剂，保温反应0.5～3.0h，期间用抽真空或通氮气带水的方法除去水，反应结束后降至室温，得到含有酯化产物和未反应的不饱聚醚的第一混合物；上述不饱聚醚为分子量为600～5000的烯丙基聚乙二醇、3-甲基-3-丁烯-1-聚乙二醇、2-甲基烯丙基聚乙二醇中的至少一种；上述第一化合物的结构式如下：
(2)第二酯化反应：将不饱和羧酸或不饱和羧酸酐、羟基萘羧酸和阻聚剂混合，在氮气保护下，升温至90～120℃，再加入催化剂，保温反应0.5～3.0h，期间用抽真空或通氮气带水的方法除去水，反应结束后降至室温，得到含有酯化产物和未反应的不饱和羧酸或不饱和羧酸酐的第二混合物；上述不饱和羧酸或不饱和羧酸酐为丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、马来酸酐中的至少一种；上述羟基萘羧酸为1-羟基萘-4甲酸、1-羟基萘-5甲酸、1-羟基萘-6甲酸、1-羟基萘-7甲酸、2-羟基萘-4甲酸、2-羟基萘-5甲酸、2-羟基萘-6甲酸、2-羟基萘-7甲酸、1-羟甲基萘-4甲酸、1-羟甲基萘-5甲酸、1-羟甲基萘-6甲酸、1-羟甲基萘-7甲酸、2-羟甲基萘-4甲酸、2-羟甲基萘-5甲酸、2-羟甲基萘-6甲酸、2-羟甲基萘-7甲酸、1-羟基萘-4乙酸、1-羟基萘-5乙酸、1-羟基萘-6乙酸、1-羟基萘-7乙酸、2-羟基萘-4乙酸、2-羟基萘-5乙酸、2-羟基萘-6乙酸、2-羟基萘-7乙酸、1-羟甲基萘-4乙酸、1-羟甲基萘-5乙酸、1-羟甲基萘-6乙酸、1-羟甲基萘-7乙酸、2-羟甲基萘-4乙酸、2-羟甲基萘-5乙酸、2-羟甲基萘-6乙酸、2-羟甲基萘-7乙酸中的至少一种：
(3)单体共混：将步骤(1)制得的第一混合物和步骤(2)制得的第二混合物以100∶6～18的质量比混合，并加入水使得其溶解，得到共聚单体混合物溶液；
(4)共聚反应：将上述共聚单体混合物溶液、引发剂水溶液及分子量调节剂水溶液滴入水中进行反应，反应温度为10～60℃，滴加时间为0.2～6.0h，滴加完毕后保温0～3.0h，得共聚产物；
(5)中和反应：将步骤(3)制得的共聚产物用碱调节ph至5～7，即得所述一种高减水低敏感聚羧酸减水剂。
所述步骤(1)中，所述不饱聚醚和第一化合物的摩尔比为1～1.5∶1，催化剂的用量为不饱聚醚和第一化合物总质量的0.05～0.3％。所述步骤(2)中，所述不饱和羧酸或不饱和羧酸酐和羟基萘羧酸的摩尔比为2～7∶1，所述催化剂的用量为不饱和羧酸或不饱和羧酸酐和羟基萘羧酸总质量的0.03～0.3％；所述阻聚剂用量为不饱和羧酸或不饱和羧酸酐和羟基萘羧酸总质量的0.2～3.0％％。所述步骤(3)和步骤(4)所用水的总量使得所述共聚产物的质量浓度为20～70％，所述引发剂的用量为所述共聚单体混合物溶液中溶质的总质量的0.5～3.0％，所述分子量调节剂的用量为所述共聚单体混合物溶液中溶质的总质量的0.2～2.0％。
所述催化剂为苯六甲酸，氮硫方酸和三硝基苯磺酸中的至少一种。所述阻聚剂为对苯二酚、吩噻嗪和二苯胺中的至少一种。所述引发剂为水溶性氧化还原引发体系或水溶性偶氮引发剂。所述分子量调节剂为巯基乙酸、巯基丙酸、巯基乙醇、异丙醇、次磷酸钠、磷酸三钠、甲酸钠、乙酸钠和十二硫醇中的至少一种。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。