一种高效减水剂的制备方法、产品及应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于混凝土的外加剂领域，特别涉及一种高效减水剂的制备方法、使用该 方法所得的产品及其应用。
【背景技术】
[0002] 目前，波特兰水泥是使用最广泛、用量最大的建筑材料，目前国内外各种建筑工程 基本都以波特兰水泥为主要胶凝材料，配合砂石料和钢筋等为建筑主体材料，自20世纪30 年代添加木质磺酸盐作为混凝土外加剂后，混凝土外加剂的发展又经过了萘系外加剂、月旨 肪族外加剂和聚羧酸系外加剂等，随着建筑工程种类和规模迅速发展，建筑施工方法不断 推出，单一的混凝土外加剂已经难以满足现在工程要求，因此外加剂的复配成为工程应用 中的主流方法。
[0003] 复配通常以一种混凝土外加剂为主体，针对具体工程的特点要求，添加不同比例、 不同功能的其它外加剂，使之协同发挥效果，达到具体性能硬指标。目前复配工艺中广泛使 用的外加剂有早强剂、保塑剂、防冻剂、消泡剂、引气剂、增稠剂等，而对于初始减水率则较 少效果显著的外加剂，而主要靠主体外加剂的初始分散性能，如聚羧酸系外加剂是目前使 用最广泛的混凝土外加剂，其初始减水率通常大于20%，一些高减水型聚羧酸系外加剂可 以达到30%初始减水率。但是，该类外加剂往往缓凝保坍性能较差，并会出现泌水现象和骨 料离析现象，实际使用时需要加入缓凝保坍组份，性价比较低，并未广泛应用。
[0004] 此外，中国专利CN201310019966提供了一种环保低能耗聚羧酸高性能减水剂，该 减水剂由聚合单体I、聚合活性单体II和聚合小单体III在引发剂的作用下接枝共聚形 成，其中聚合单体I由短棉绒黑液或草木制浆黑液得到；聚合活性单体II为不饱和有机酸 聚氧乙烯醚酯；聚合小单体III为苯乙烯、甲基丙烯酸、丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲 酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、马 来酸、衣康酸、马来酸酐、苯乙酸中的一种或几种的组合。然而，该减水剂的制备方法合成路 线复杂，并没有显著降低生产成本。
[0005] 又如，中国专利CN201410000773披露了一种高效混凝土减水剂及其制备方法，该 方法为：由木质素磺酸钠与马来酸酐进行接枝改性，然后与丙烯酸、聚氧乙烯单甲醚丙烯酸 酯共聚得到一种具有阴离子结构及非离子结构的分子内复合高效混凝土减水剂产品。然 而，该方法反应温度过高，反应条件不温和，不利于广泛应用。
[0006] 复配工艺中，不同种类外加剂的相容性和稳定性是复配难点之一，特别是聚羧酸 系外加剂属于高分子聚合物，其主链为不饱和醇聚醚、不饱和羧酸及其它具有共聚反应活 性的不饱和化合物通过自由基共聚反应形成的链状结构，侧链为羧基（-COOH)、醇聚醚、磺 酸基（-HSO 4)、酰胺基、苯基等，其中，现有文献一般认为，羧基和磺酸基主要起到吸附于水 泥颗粒表面的作用，醇聚醚通过空间位阻作用起到分散性作用，其他官能团并非聚羧酸系 外加剂必要结构，并且含量较低，主要起到特定功能调整作用。通常情况下，不同聚羧酸外 加剂与极性有机化合物相容性较好，与非极性聚合物相容性价差。
[0007] 不饱和羧酸化合物除可与其他不饱和化合物发生共聚反应外，还可在一定反应条 件下形成羧酸聚合物或聚羧酸酯化合物，其聚合度可以通过反应条件控制，结构中存在大 量羧基官能团，属于极性聚合物。
[0008] 在工程队初始减水率和综合性能要求日益提高的背景下，通过在混凝土中加入有 助于提高减水率的高效减水剂具有较大的潜在经济价值和实用价值。
【发明内容】
[0009] 针对现有技术中存在的缺陷，申请人首先旨在制备一种尚效减水剂，具有优异的 缓凝保坍性能，制备简单，能够广泛应用。
[0010] 第一方面，本发明提供了一种高效减水剂的制备方法，包括以下步骤：
[0011] (1)酯化反应阶段：将分子量800~4000的不饱和羧酸类聚合物与低分子量不饱 和醇类化合物加入反应器中，在室温条件下机械搅拌，并通入酸性催化介质气体，加入适量 阻聚剂，搅拌回流，减压蒸馏，制得不饱和羧酸类聚合物的酯化产物；
[0012] (2)共聚反应阶段：将所得不饱和羧酸类聚合物的酯化产物与共聚活性单体加入 反应器中，再分别加入引发剂和链转移剂，进行自由基共聚反应；其中，所述共聚活性单体 为以下化合物中的一种或多种：丙烯酸，甲基丙烯酸，马来酸酐，富马酸，2-丙烯酰胺-2-甲 基丙烷磺酸，异戊烯醇聚氧乙烯醚，不饱和磺酸盐；
[0013] (3)后处理：使用碱溶液调节pH值至4. 5~5. 5,然后加水稀释，即制得产品高效 减水剂。
[0014] 优选地，所述步骤（1)中，所述不饱和羧酸类聚合物与所述低分子量不饱和醇类 化合物的摩尔比为I. 0 :1. 2~I. 0 :2. 0。
[0015] 优选地，所述步骤（1)中，所述不饱和羧酸类聚合物为以下化合物中的一种或多 种：聚丙烯酸（PAA)、水解聚马来酸酐（HPMA)、马来酸-丙烯酸共聚物（MA/AA)、丙烯酸-丙 烯酸酯共聚物、丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸共聚物（AA/AMPS)、聚甲基丙烯酸钠、 聚丙烯酸钠。
[0016] 优选地，所述步骤（1)中，所述低分子量不饱和醇类化合物为以下化合物中的一 种或多种：丙烯醇，甲基丙烯醇，异丁烯醇，异戊烯醇。
[0017] 优选地，所述步骤（1)中，所述酸性催化介质气体为经过纯化的HCl气体，其中， HCl气体通过加热浓盐酸制备。
[0018] 优选地，所述步骤（1)中，所述阻聚剂为对苯二酚或对苯二醌，其加入量为所述不 饱和羧酸类聚合物质量的0. 1 %~0. 6%。
[0019] 进一步优选地，所述步骤（1)中，在不高于10°C条件下通入所述酸性催化介质气 体。
[0020] 优选地，所述步骤（2)中，所述不饱和磺酸盐为丙烯磺酸钠或甲基丙烯磺酸钠。
[0021] 优选地，所述步骤（2)中，所述共聚活性单体为以丙烯酸或甲基丙烯酸，在这种情 况下，所述步骤（1)制得的不饱和羧酸类聚合物的酯化产物与所述共聚活性单体的摩尔比 为 1:0. 2 ~1:0. 6〇
[0022] 优选地，所述步骤（2)中，所述共聚活性单体为不饱和磺酸盐，在这种情况下，所 述共聚活性单体的质量为所述步骤（1)制得的不饱和羧酸类聚合物的酯化产物质量的 3% ~10%〇
[0023] 优选地，所述步骤（2)中，所述链转移剂为以下化合物中的一种或多种：巯基乙 酸、巯基乙酸、异丙醇、正丁醇；其中，所述链转移剂的质量为所述步骤（1)制得的不饱和羧 酸类聚合物的酯化产物质量的2%~3%。
[0024] 优选地，所述步骤（2)中，所述引发剂为以下化合物中的一种或多种：过硫酸铵， 过硫酸钠，过硫酸钾，过氧化氢。
[0025] 进一步优选地，所述步骤（2)的反应温度为50~65°C。
[0026] 第二方面，本发明提供了一种高效减水剂，该减水剂是通过使用上述任一种方法 制备的。
[0027] 第三方面，本发明提供了一种上述高效减水剂在混凝土中的应用，其特征在于，所 述高效减水剂与聚羧酸系外加剂复配后应用于混凝土体系。
[0028] 依据本发明所述方法制备的高效减水剂，作为混凝土外加剂，减水效果显著，并且 具有优异的缓凝保坍性能，制备工艺简单，能够广泛应用。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施方 式。
[0030] 第一方面，本发明提供了一种