CN105367721B

CN105367721B - 降粘型聚羧酸超塑化剂的制备方法及应用

Info

Publication number: CN105367721B
Application number: CN201510852628.9A
Authority: CN
Inventors: 杨勇; 冉千平; 刘加平; 毛永琳; 张茜; 王秀梅; 严涵
Original assignee: Sobute New Materials Co Ltd; Nanjing Bote Building Materials Co Ltd; Bote Building Materials Tianjin Co Ltd
Current assignee: Sobute New Materials Co Ltd; Nanjing Bote Building Materials Co Ltd; Bote Building Materials Tianjin Co Ltd
Priority date: 2015-11-30
Filing date: 2015-11-30
Publication date: 2018-02-23
Anticipated expiration: 2035-11-30
Also published as: CN105367721A

Abstract

本发明提供了一种降粘型聚羧酸超塑化剂的制备方法及其应用，该方法操作过程简单，所制备的聚羧酸超塑化剂用于高与超高强混凝土，可有效降低混凝土粘度，提高混凝土的和易性和流动速度，有利于泵送施工。所述方法为：由含羧基的单体a、含支化型侧链的单体b与含刚性环基团的单体c按摩尔比(4～15):1:(0.5～2)进行自由基共聚反应而得降粘型聚羧酸超塑化剂。本发明所述方法所得聚羧酸超塑化剂可以用作水泥分散剂，大幅度降低混凝土的水胶比，且能有效降低高与超高强混凝土的粘度，提高其和易性与流动速度，可泵性优。

Description

降粘型聚羧酸超塑化剂的制备方法及应用

技术领域

本发明涉及一种降粘型聚羧酸超塑化剂的制备方法及应用，属混凝土外加剂技术领域。

背景技术

随着现代建筑物的高层化、大垮化和轻量化发展，对混凝土的施工和质量要求越来越高，高强度、高泵送性和高耐久性成为现代混凝土的发展方向。与普通混凝土相比，高强混凝土(C60～C90)和超高强混凝土(C100及以上)具有显著的优越性：能有效减轻结构自重；增加建筑使用面积；节约材料和能源，降低建筑成本；提升混凝土耐久性等，具有较好的经济和社会效益。目前，提高混凝土强度的方法主要有采用高强度等级的水泥、增加单方水泥用量、降低水灰比等。然而，这些技术措施直接导致混凝土粘度增加，流动性随之下降，从而降低了混凝土的泵送性能，影响施工效率，推广应用受到限制。如何降低高与超高强混凝土的粘度引起了诸多学者的关注。

专利文献CN103613348A报道了在制备平均强度为120MPa的超高强混凝土中，采用大掺量硅灰、矿粉和微珠等超细粉体，降低了超高强混凝土粘度，实现了300m以上的超高层泵送。专利文献CN102775110A报道了在制备超高强混凝土中，采用沸石粉和葡萄糖酸钠作为降粘保塑剂，再辅助超细矿渣粉、微细石灰石粉和微珠，大大降低了超高强混凝土的粘度。专利文献CN103145360A报道了一种高与超高强混凝土的粘度调节剂，其采用硅灰、粉煤灰、超细石灰石粉或石英石粉、以及无机激发剂按一定比例组成，用于超高强混凝土中具有降粘的效果。然而这些降粘的措施都是采用掺加超细无机粉体进行物理填充润滑的方案，掺量高达10％以上，大幅度增加混凝土成本，并且超细无机粉体堆积密度小，单位体积质量小，不方便运输和使用。

聚羧酸超塑化剂作为第三代高性能混凝土减水剂，其原料来源广泛，分子结构多样，可以以磺酸基、羧酸基、磷酸基等作为吸附基团，并拥有丰富可调的亲水侧链发挥着空间位阻作用，极大地提高了对水泥的分散润滑作用，具有掺量低、减水率高、混凝土拌和物的流动性和流动保持性好、低收缩、分子结构可设计性强、生产工艺简单等优点，在建筑工程中得到了广泛的应用，推动着混凝土质量向高性能化方向发展。

由于聚羧酸超塑化剂分子结构具有较强的可设计性，通过调整其主链和侧链结构，实现了聚羧酸超塑化剂的高性能化和功能化，在高与超高强混凝土降粘方面也表现出巨大潜力。专利文献CN104262550A公开了一种降粘型聚羧酸减水剂的制备方法，首先以含不饱和双键的酸酐小单体与二元伯胺进行反应，制备不饱和伯胺类小单体，然后再进行季铵化得到季铵盐类不饱和小单体，再与不饱和酯类小单体、不饱和酸类小单体和不饱和聚酯大单体进行聚合，制备得到降粘型聚羧酸减水剂。该方法制备步骤较多，过程繁琐，季铵盐类不饱和小单体制备时间长(5～72h)，所制备的聚羧酸减水剂降粘效果有限。专利文献CN103865007A公开了一种降粘型聚羧酸减水剂的制备方法，其采用无规聚氧乙烯不饱和酸酯、不饱和改性聚氧乙烯醚、不饱和烷基酯和(甲基)丙烯酸进行共聚而得。然而该聚羧酸减水剂在水胶比为0.24的混凝土中，其倒坍落度桶排空时间长达39s以上，降粘效果非常有限，难以满足高与超高强混凝土对低粘度的施工性能要求。

发明内容

发明目的

本发明的一个目的是提供一种降粘型聚羧酸超塑化剂的制备方法，该方法操作过程简单，所制备的聚羧酸超塑化剂用于高与超高强混凝土，可有效降低混凝土粘度，提高混凝土的和易性和流动速度，有利于泵送施工。

本发明的另一个目的是提供所述降粘型聚羧酸超塑化剂作为水泥分散剂的应用。

发明概述

本发明研究者经实验发现，聚羧酸超塑化剂吸附于水泥颗粒表面后，由于其侧链的强亲水性，使得水泥颗粒表面形成一层水膜层，水膜层的润滑作用降低了水泥颗粒间的摩擦，从而降低了混凝土的粘度，水膜层越厚，降粘效果越显著。通过提高聚羧酸超塑化剂侧链的空间位阻作用，有利于增加水膜层的厚度，从而降低混凝土的粘度。而采用支化型侧链，同时在分子中引入刚性环基团，能使聚羧酸分子构象更伸展，进一步提高其侧链的空间位阻作用，从而大幅度降低高与超高强混凝土的粘度。

在本发明的第一方面，提供了一种降粘型聚羧酸超塑化剂的制备方法，由单体a、单体b与单体c按摩尔比(4～15):1:(0.5～2)进行自由基共聚反应而得，其中：

单体a用通式(Ⅰ)表示：

式中R₁为-H或-COOM；R₂为-H、-CH₃或-CH₂COOM；且当R₁为-COOM时，R₂为H；M表示氢原子、碱金属离子或铵离子；

单体b用通式(Ⅱ)表示：

式中R₃为-H或-CH₃；R₄为C1～C4的烷基；X为-CH₂-、-CH₂OCH₂CH₂-、-CH₂CH₂-、-CH₂CH₂OCH₂CH₂-、-OCH₂CH₂-、-OCH₂CH₂OCH₂CH₂-、-OCH₂CH₂CH₂CH₂-、－C₆H₄-、－C₆H₄CH₂-；m＝20～45，n＝5～10，p＝1～5；

单体c为含刚性环基团的单体，具体为N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基己内酰胺、1-乙烯基咪唑、2-乙烯基吡啶、3-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶、3-乙烯基苯胺、4-乙烯基苯胺、3-乙烯基苯甲酸、4-乙烯基苯甲酸、3-乙烯基苄胺、4-乙烯基苄胺、3-乙烯基苯硼酸、2-乙烯基苯硼酸或4-乙烯基苯硼酸，优选为N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基己内酰胺、1-乙烯基咪唑、2-乙烯基吡啶、3-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶、3-乙烯基苯胺、4-乙烯基苯胺、3-乙烯基苯甲酸、4-乙烯基苯甲酸、3-乙烯基苄胺或4-乙烯基苄胺。

所述单体a含有通式(Ⅰ)所表示物质中的至少一种物质，优选的，单体a选自丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、富马酸或它们的一价金属盐、铵盐中的至少一种。这些单体单独使用或以两种以上成分的任意比例混合物形式使用，其羧酸基团在水泥分散剂中提供吸附点和静电斥力。

所述单体b可以经本领域技术人员熟知的烷氧基化反应得到，具体的，单体b由不饱和醇与环氧乙烷、端环氧基烷基聚乙二醇经嵌段式烷氧基化反应得到，

所述不饱和醇用通式(Ⅲ)表示：

所述端环氧基烷基聚乙二醇用通式(Ⅳ)表示：

常见的不饱和醇包括2-丙烯-1-醇、2-甲基-2-丙烯-1-醇、2-(2-甲基烯丙氧基)乙醇、3-丁烯-1-醇、3-甲基-3-丁烯-1-醇、2-(3-甲基烯丁氧基)乙醇、乙二醇乙烯基醚，二乙二醇乙烯基醚、4-羟丁基乙烯基醚，4-乙烯基苯酚、4-乙烯基苄醇，优选不饱和醇包括2-丙烯-1-醇、2-甲基-2-丙烯-1-醇、2-(2-甲基烯丙氧基)乙醇、3-丁烯-1-醇、3-甲基-3-丁烯-1-醇、2-(3-甲基烯丁氧基)乙醇、乙二醇乙烯基醚，二乙二醇乙烯基醚、4-羟丁基乙烯基醚。常见的端环氧基烷基聚乙二醇包括端环氧基甲基聚乙二醇、端环氧基乙基聚乙二醇、端环氧基丙基聚乙二醇、端环氧基丁基聚乙二醇。为了保证端环氧基聚乙二醇较好的聚合活性，其聚氧乙烯加成数不宜太大，加成数优选为1～5。若加成数太大，则在进行反应时，分子量过高的聚氧乙烯链对末端环氧基会造成比较大的空间位阻作用，影响反应转化率，造成产物性能下降。

一般所述单体b直接采用烷氧基化反应后的混合物，而无需提纯(因混合物中单体b浓度接近100％，考虑单体a、b、c的摩尔比时，直接将混合物视为纯单体b进行计算)。因此所述嵌段式烷氧基化反应的具体条件(如催化剂的选择)可由本领域技术人员结合所述自由基共聚反应体系的特点以及目标产物降粘型聚羧酸超塑化剂的应用要求进行选择。优选的，所述嵌段式烷氧基化反应以钾、钠、萘钾、萘钠、氢化钾、氢化钠、烷基醇钾、烷基醇钠、氢氧化钾或氢氧化钠作为催化剂，催化剂用量为所得单体b质量的0.1％～0.3％。更优选采用如下的反应条件：不饱和醇与环氧乙烷的反应温度为100～130℃，反应压力为0.2～0.4MPa，环氧乙烷采用连续加料的方式；环氧乙烷加料完毕后，继续恒温至反应体系压力下降至-0.05MPa以下，再采用连续加料的方式加入端环氧基烷基聚乙二醇，加料时间为2～6h，反应温度为110～140℃，反应压力为-0.05MPa以下，加料结束后，恒温0.5～2h，反应结束后保持产物温度在60～80℃之间，采用有机酸中和至pH值为6～8。作为本领域常识，中和所用有机酸应对自由基共聚反应及所述降粘型聚羧酸超塑化剂的应用环境友好，优选所述有机酸为冰醋酸、草酸、柠檬酸、苯甲酸中的任意一种。

端环氧基烷基聚乙二醇的制备方法为精细化学领域公开成熟的方法，本领域技术人员可按照相关文献(郭丽梅等.精细化工，2005，22：108-111)方法进行制备，通常的制备方法为：由环氧氯丙烷和聚乙二醇单烷基醚在氢氧化钠和相转移催化剂存在下反应直接生成端环氧基烷基聚乙二醇。

所述降粘型聚羧酸超塑化剂的重均分子量范围与现有技术中已知的聚羧酸超塑化剂的一般要求相同，优选的，所述聚羧酸超塑化剂的重均分子量为10000～30000。分子量太大或太小，都会减弱其综合性能。

优选的，所述自由基共聚反应为水性自由基共聚反应。更优选的，所述水性自由基共聚反应采用水溶性引发剂和水溶性链转移剂，所述水溶性引发剂和水溶性链转移剂的质量分别为单体a、单体b和单体c三者总质量的0.1％～1％、0.1％～0.4％，所述水性自由基共聚反应的聚合浓度为30％～50％，其中聚合浓度是指所有单体的质量百分比浓度之和。

可选的水溶性引发剂包括单独的过硫酸盐、水溶性偶氮类引发剂，以及氧化剂过硫酸盐与还原剂亚硫酸氢盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐、焦亚硫酸盐或亚铁盐的组合物，氧化剂过氧化物与还原剂吊白粉、L-抗坏血酸、亚磷酸及其盐、次磷酸及其盐的组合物，其中组合物中，氧化剂与还原剂两者的摩尔数比为(4～8):1。

水溶性链转移剂用于控制聚羧酸分子量。水溶性链转移剂可使用硫醇类链转移剂，如2-巯基丙酸、3-巯基丙酸、2-巯基丙醇、3-巯基丙醇、巯基乙酸、巯基乙醇、二巯基丙醇、2-巯基乙磺酸；异丙醇等二级醇；亚磷酸及其钠、钾盐；次磷酸及其钠、钾盐中的至少一种。

所述自由基共聚反应中的聚合浓度优选为30％～50％，浓度过低，单体转化率较低，生产效率低；浓度过高，则聚合不易控制，容易出现爆聚凝胶，严重影响产物性能。聚合反应温度优选为30～80℃，它主要与所使用的引发剂有关，通常来讲，单独使用过硫酸盐和水溶性偶氮类引发剂时，选择稍高的聚合温度，而使用氧化还原引发体系时，可选择较低的聚合温度。

更进一步优选，所述水性自由基共聚反应的加料方式为：单体b在其它物料滴加前一次性全部投料，单体a和单体c混合单体的水溶液和引发剂的水溶液采取分开同时滴加的方式加料，链转移剂加入混合单体的水溶液或引发剂的水溶液中一起滴加，混合单体的水溶液和引发剂的水溶液滴加时间为2～5h，混合单体的水溶液和引发剂的水溶液滴加完后继续保温1～4h。

共聚反应结束后，反应产物可直接作为水泥分散剂的主成分使用，更优选为进一步用碱性物质中和后使用，以增强产品的储存稳定性。这为本领域的公知技术。所使用的碱性物质包括一价金属和/或二价金属的氢氧化物、氧化物或碳酸盐，氢氧化铵，有机胺。碱性物质的用量以调节反应产物的pH值为6～8为宜。由于中和对所述降粘型聚羧酸超塑化剂的分子量影响很小，本发明对之进行忽略。

根据本发明的第二方面，提供了所述降粘型聚羧酸超塑化剂作为水泥分散剂的应用。

本发明所述的聚羧酸超塑化剂作为水泥分散剂可直接使用，也可以与消泡剂、引气剂、缓凝剂、增稠剂、减缩剂等功能型助剂或其它类型的聚羧酸超塑化剂按一定比例进行复配后使用，具体复配类型和比例，工程技术人员可根据实际工程需求通过试验后优选。在使用时，本发明所述的聚羧酸超塑化剂的常规掺量为总胶凝材料重量的0.05％～0.3％。掺量过低，则对水泥的分散效果不能令人满意；掺量过高，造成经济上的浪费，而分散效果并未进一步增长，工程人员可根据实际情况在此范围内优选。

本发明所述的聚羧酸超塑化剂能大幅度降低混凝土的水胶比，且能有效降低高与超高强混凝土的粘度，提高其和易性与流动速度，可泵性优，较常规的聚羧酸超塑化剂具有显著的优势。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

本发明实施例中，转化率的测试采用LabTech的LC600高效液相色谱仪(HPLC)进行。测试条件为，色谱柱采用Kromasil C18柱，流动相为CH₃OH/H₂O＝80/20(v/v)，流速为0.6ml/min，检测器为示差折光检测器，检测器温度35℃，进样量为20μl 0.5％样品的水溶液。

本发明实施例中，聚合物的重均分子量采用Agilent-1260凝胶渗透色谱仪(GPC)测定。测试条件为，凝胶柱：Shodex SB806+803两根色谱柱串联；洗提液：0.1M NaNO₃溶液；流动相速度：0.8ml/min；注射：20μl 0.5％样品的水溶液；检测器：示差折光检测器；标准物：聚乙二醇GPC标样(Sigma-Aldrich，分子量1010000,478000,263000,118000,44700,18600,6690,1960,628,232)。

本发明实施例中所使用的原料均为市售普通分析纯化学试剂，环氧乙烷为三江化工生产的优等品，纯度99.95％。

单体b的制备

端环氧基烷基聚乙二醇的制备：

在带搅拌的三口烧瓶中加入0.5mol的环氧氯丙烷，0.2mol的氢氧化钠，0.005mol的相转移催化剂四正丁基硫酸氢铵，0.05mol的单烷基聚乙二醇恒温60℃快速搅拌5h，过滤，滤液经减压蒸馏去除过量的环氧氯丙烷，产物经HPLC测试单烷基聚乙二醇的转化率为85％～90％，产物再采用硅胶柱层析法(乙酸乙酯为淋洗剂)进行分离提纯，得到纯度为大于99％的端环氧基烷基聚乙二醇。

表1所制备的端环氧基烷基聚乙二醇汇总

代码	名称	端基类型	p	分子量
					E-1	端环氧基甲基聚乙二醇	甲基	1	132
E-2	端环氧基丙基聚乙二醇	丙基	3	248
					E-3	端环氧基丁基聚乙二醇	丁基	4	306
E-4	端环氧基甲基聚乙二醇	甲基	5	308
					E-5	端环氧基丙基聚乙二醇	丙基	2	204

单体b-1的制备：

在带有搅拌的干燥的2L反应器中，加入62.5g 2-丙烯-1-醇，4.99g甲醇钠，开启搅拌至甲醇钠完全溶解，密封反应器。重复如下操作两次：氮气置换后抽真空至-0.09MPa以下。然后持续搅拌并升温至120～130℃后，向反应器中连续缓慢匀速滴加948.28g环氧乙烷，维持反应压力0.3～0.4MPa。待恒温加料结束后，继续恒温保持体系压力下降至-0.05MPa以下，然后向反应器中连续缓慢匀速滴加711.21g E-1，加料时间为2h，同时保持反应温度130～140℃。加料结束后，继续恒温保持2h，降温至60℃后用冰醋酸中和至pH值为7左右，出料得单体b-1，HPLC测试转化率为99.5％，分子量为1598。

单体b-2的制备：

在带有搅拌的干燥的2L反应器中，加入38.6g 2-甲基-2-丙烯-1-醇，3.71g氢化钠，开启搅拌至氢化钠完全溶解，密封反应器。重复如下操作两次：氮气置换后抽真空至-0.09MPa以下。然后持续搅拌并升温至100～110℃后，向反应器中连续缓慢匀速滴加754.84g环氧乙烷，维持反应压力0.25～0.35MPa。待恒温加料结束后，继续恒温保持体系压力下降至-0.06MPa以下，然后向反应器中连续缓慢匀速滴加1063.64g E-2，加料时间为6h，同时保持反应温度110～120℃。加料结束后，继续恒温保持2h，降温至80℃后用苯甲酸中和至pH值为7左右，出料得单体b-2，HPLC测试转化率为99.1％，分子量为3464。

单体b-3的制备：

在带有搅拌的干燥的2L反应器中，加入56.2g 2-(2-甲基烯丙氧基)乙醇，2.7g乙醇钾，开启搅拌至乙醇钾完全溶解，密封反应器。重复如下操作两次：氮气置换后抽真空至-0.09MPa以下。然后持续搅拌并升温至105～115℃后，向反应器中连续缓慢匀速滴加852.69g环氧乙烷，维持反应压力0.2～0.3MPa。待恒温加料结束后，继续恒温保持体系压力下降至-0.06MPa以下，然后向反应器中连续缓慢匀速滴加889.51g E-3，加料时间为5h，同时保持反应温度120～130℃。加料结束后，继续恒温保持2h，降温至70℃后用苯甲酸中和至pH值为7左右，出料得单体b-3，HPLC测试转化率为99.5％，分子量为3712。

单体b-4的制备：

在带有搅拌的干燥的2L反应器中，加入28.6g 3-甲基-3-丁烯-1-醇，1.71g金属钠，开启搅拌至金属钠完全溶解，密封反应器。重复如下操作两次：氮气置换后抽真空至-0.09MPa以下。然后持续搅拌并升温至110～120℃后，向反应器中连续缓慢匀速滴加658.47g环氧乙烷，维持反应压力0.25～0.35MPa。待恒温加料结束后，继续恒温保持体系压力下降至-0.05MPa以下，然后向反应器中连续缓慢匀速滴加1024.28g E-4，加料时间为5h，同时保持反应温度125～135℃。加料结束后，继续恒温保持2h，降温至65℃后用冰醋酸中和至pH值为7左右，出料得单体b-4，HPLC测试转化率为99.2％，分子量为5146。

单体b-5的制备：

在带有搅拌的干燥的2L反应器中，加入79.5g 4-羟丁基乙烯基醚，4.26g氢氧化钾，开启搅拌至氢氧化钾完全溶解，密封反应器。重复如下操作两次：氮气置换后抽真空至-0.09MPa以下。然后持续搅拌并升温至110～120℃后，向反应器中连续缓慢匀速滴加784.03g环氧乙烷，维持反应压力0.2～0.3MPa。待恒温加料结束后，继续恒温保持体系压力下降至-0.055MPa以下，然后向反应器中连续缓慢匀速滴加838.86g E-5，加料时间为4h，同时保持反应温度115～125℃。加料结束后，继续恒温保持0.5h，降温至60℃后用冰醋酸中和至pH值为7左右，出料得单体b-5，HPLC测试转化率为99.3％，分子量为2484。

表2所制备的单体b分子结构信息汇总

[实施例1]

本实施例中，单体a、单体b和单体c的投料摩尔比为4:1:0.5。

在装有温度计、搅拌器、滴液漏斗和氮气导管的1L玻璃反应器中，加入191g蒸馏水和286.5g单体b-1。反应器在通氮气保护下，搅拌至完全溶解，并升温至80℃，然后将51.63g丙烯酸、9.95gN-乙烯基吡咯烷酮、0.35g 3-巯基丙酸和67g水混合搅拌制成均匀的单体水溶液，将其匀速滴加至反应器中，滴加时间为5h。与此同时，匀速滴加由0.35g过硫酸铵与86g水混合而成的引发剂溶液，滴加时间为5h。全部溶液滴加完毕后，继续恒温保持4h，然后降温至40℃，用氢氧化钠将产物中和至pH＝7左右，得到固含量为49.8％的降粘型聚羧酸超塑化剂，分子量经GPC测定为10,600。

[实施例2]

本实施例中，单体a、单体b和单体c的投料摩尔比为6.7:1:1.85。

在装有温度计、搅拌器、滴液漏斗和氮气导管的1L玻璃反应器中，加入164g蒸馏水和245.5g单体b-2。反应器在通氮气保护下，搅拌至完全溶解，并升温至75℃，然后将28.07g丙烯酸、9.14g甲基丙烯酸钠、13.77g 4-乙烯基吡啶、0.59g巯基乙醇和87g水混合搅拌制成均匀的单体水溶液，将其匀速滴加至反应器中，滴加时间为4h。与此同时，匀速滴加由1.48g过硫酸钾与105g水混合而成的引发剂溶液，滴加时间为4h。全部溶液滴加完毕后，继续恒温保持3h，然后降温至40℃，用氢氧化钾将产物中和至pH＝7左右，得到固含量为45.8％的降粘型聚羧酸超塑化剂，分子量经GPC测定为15,700。

[实施例3]

本实施例中，单体a、单体b和单体c的投料摩尔比为9.5:1:1.2。

在装有温度计、搅拌器、滴液漏斗和氮气导管的1L玻璃反应器中，加入143.5g蒸馏水和215.3g单体b-3。反应器在通氮气保护下，搅拌至完全溶解，并升温至65℃，然后将43.73g马来酸、16.36g丙烯酸钠、9.67g N-乙烯基己内酰胺、0.71g巯基乙酸和120g水混合搅拌制成均匀的单体水溶液，将其匀速滴加至反应器中，滴加时间为4h。与此同时，匀速滴加由1.85g偶氮二异丁基脒盐酸盐与158g水混合而成的引发剂溶液，滴加时间为4h。全部溶液滴加完毕后，继续恒温保持2h，然后降温至40℃，用三乙胺将产物中和至pH＝7左右，得到固含量为40.5％的降粘型聚羧酸超塑化剂，分子量经GPC测定为24,800。

[实施例4]

本实施例中，单体a、单体b和单体c的投料摩尔比为15:1:2。

在装有温度计、搅拌器、滴液漏斗和氮气导管的1L玻璃反应器中，加入124g蒸馏水和186.2g单体b-4。反应器在通氮气保护下，搅拌至完全溶解，并升温至45℃，然后将29.96g丙烯酸、14.69g富马酸、9.62g 4-乙烯基苄胺、2.16g亚硫酸氢钠、0.96g次磷酸钠和185g水混合搅拌制成均匀的单体水溶液，将其匀速滴加至反应器中，滴加时间为3h。与此同时，匀速滴加由0.21g过硫酸钠与236g水混合而成的引发剂溶液，滴加时间为3h。全部溶液滴加完毕后，继续恒温保持4h，然后降温至40℃，用氢氧化钠将产物中和至pH＝7左右，得到固含量为30.9％的降粘型聚羧酸超塑化剂，分子量经GPC测定为29,600。

[实施例5]

本实施例中，单体a、单体b和单体c的投料摩尔比为10:1:0.75。

在装有温度计、搅拌器、滴液漏斗和氮气导管的1L玻璃反应器中，加入116.5g蒸馏水和174.8g单体b-5。反应器在通氮气保护下，搅拌至完全溶解，并升温至30℃，然后将22.8g丙烯酸、53.41g马来酸单钠、7.81g 4-乙烯基苯甲酸、0.91g 3-巯基丙醇、2.59g吊白粉和114g水混合搅拌制成均匀的单体水溶液，将其匀速滴加至反应器中，滴加时间为2h。与此同时，匀速滴加由0.94g双氧水与70g水混合而成的引发剂溶液，滴加时间为2h。全部溶液滴加完毕后，继续恒温保持2h，然后用三乙胺将产物中和至pH＝7左右，得到固含量为36.2％的降粘型聚羧酸超塑化剂，分子量经GPC测定为18,500。

[实施例6]

本实施例中，单体a、单体b和单体c的投料摩尔比为6.2:1:1.45。

在装有温度计、搅拌器、滴液漏斗和氮气导管的1L玻璃反应器中，加入160.8g蒸馏水和241.3g单体b-2。反应器在通氮气保护下，搅拌至完全溶解，并升温至55℃，然后将31.1g丙烯酸、11.21g N-乙烯基吡咯烷酮、0.85g 2-巯基丙醇和105g水混合搅拌制成均匀的单体水溶液，将其匀速滴加至反应器中，滴加时间为4h。与此同时，匀速滴加由2.41g偶氮二异丁基咪唑啉盐酸盐与144g水混合而成的引发剂溶液，滴加时间为4.5h。全部溶液滴加完毕后，继续恒温保持2.5h，然后降温至40℃，用氢氧化钠将产物中和至pH＝7左右，得到固含量为40.3％的降粘型聚羧酸超塑化剂，分子量经GPC测定为22,600。

[对比例1]

在装有温度计、搅拌器、滴液漏斗和氮气导管的1L玻璃反应器中，加入191g蒸馏水和286.5g市售常规分子量为2400的烯丙基聚乙二醇大单体。反应器在通氮气保护下，搅拌至完全溶解，并升温至80℃，然后将51.63g丙烯酸、9.95gN-乙烯基吡咯烷酮、0.35g 3-巯基丙酸和67g水混合搅拌制成均匀的单体水溶液，将其匀速滴加至反应器中，滴加时间为5h。与此同时，匀速滴加由0.35g过硫酸铵与86g水混合而成的引发剂溶液，滴加时间为5h。全部溶液滴加完毕后，继续恒温保持4h，然后降温至40℃，用氢氧化钠将产物中和至pH＝7左右，得到固含量为49.4％的聚羧酸超塑化剂，分子量经GPC测定为21,500。

[对比例2]

在装有温度计、搅拌器、滴液漏斗和氮气导管的1L玻璃反应器中，加入124g蒸馏水和186.2g市售常规分子量为2400的甲基丁烯基聚乙二醇大单体。反应器在通氮气保护下，搅拌至完全溶解，并升温至45℃，然后将29.96g丙烯酸、14.69g富马酸、9.62g 4-乙烯基苄胺、2.16g亚硫酸氢钠、0.96g次磷酸钠和185g水混合搅拌制成均匀的单体水溶液，将其匀速滴加至反应器中，滴加时间为3h。与此同时，匀速滴加由0.21g过硫酸钠与236g水混合而成的引发剂溶液，滴加时间为3h。全部溶液滴加完毕后，继续恒温保持4h，然后降温至40℃，用氢氧化钠将产物中和至pH＝7左右，得到固含量为31.8％的聚羧酸超塑化剂，分子量经GPC测定为34,200。

评价实施例1～6制备的降粘型聚羧酸超塑化剂及比较例1～2制备的聚羧酸超塑化剂对新拌混凝土性能的影响，参照国家标准GB 8076-2008《混凝土外加剂》相关规定执行。试验在20℃环境下进行，试验水泥采用江南小野田P.Ⅱ52.5水泥，固定相同用水量(水胶比为0.27)，配合比见表3。调整外加剂掺量使新拌混凝土初始坍落度为23±1cm，采用初始混凝土扩展度为50cm时的流动时间(以下简称T50)和初始倒坍落度桶排空时间衡量混凝土的粘度，两者用时越少，表明混凝土粘度越低，外加剂的降粘效果越显著。外加剂的掺量为纯固体掺量，以胶凝材料的总质量为基准计算。结果如表4所示。

表3 C70高强混凝土配合比(kg/m³)

水泥	粉煤灰	矿粉	砂	小石	大石	水	水胶比
								4.95	2.06	1.25	10.99	4.56	10.62	2.23	0.27

表4新拌高强混凝土性能对比

从表4所示结果可以看出，在C70混凝土的应用中，与使用对比例1和对比例2所制备的聚羧酸超塑化剂相比，使用实施例1～6所制备的降粘型聚羧酸超塑化剂在基本相当的初始坍落度和扩展度情况下，掺量有大幅度的降低，初始减水效果显著，同时60min坍落度损失也明显优于对比例1和2。从粘度测试数据来看，实施例1～6所制备的降粘型聚羧酸超塑化剂用于混凝土初始扩展度流动时间T50基本都在15s左右，倒坍落度桶排空时间在11～14s之间，而对比例1和2的T50流动时间达到21s以上，倒坍落度桶排空时间长达30s左右，可见本发明实施例1～6所制备的降粘型聚羧酸超塑化剂能显著降低高强混凝土的粘度，应用效果显著。

Claims

1.一种降粘型聚羧酸超塑化剂的制备方法，其特征在于，由单体a、单体b与单体c按摩尔比(4～15):1:(0.5～2)进行自由基共聚反应而得，其中：

单体a用通式(Ⅰ)表示：

单体b用通式(Ⅱ)表示：

单体c为N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基己内酰胺、1-乙烯基咪唑、2-乙烯基吡啶、3-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶、3-乙烯基苯胺、4-乙烯基苯胺、3-乙烯基苯甲酸、4-乙烯基苯甲酸、3-乙烯基苄胺、4-乙烯基苄胺、3-乙烯基苯硼酸、2-乙烯基苯硼酸或4-乙烯基苯硼酸。

2.如权利要求1所述的降粘型聚羧酸超塑化剂的制备方法，其特征在于，所述降粘型聚羧酸超塑化剂的重均分子量为10000～30000。

3.如权利要求1所述的降粘型聚羧酸超塑化剂的制备方法，其特征在于，所述自由基共聚反应为水性自由基共聚反应。

4.如权利要求3所述的降粘型聚羧酸超塑化剂的制备方法，其特征在于，所述水性自由基共聚反应采用水溶性引发剂和水溶性链转移剂，所述水溶性引发剂和水溶性链转移剂的质量分别为单体a、单体b和单体c三者总质量的0.1％～1％、0.1％～0.4％，所述水性自由基共聚反应的聚合浓度为30％～50％。

5.如权利要求4所述的降粘型聚羧酸超塑化剂的制备方法，其特征在于，所述水性自由基共聚反应的加料方式为：单体b在其它物料滴加前一次性全部投料，单体a和单体c混合单体的水溶液和引发剂的水溶液采取分开同时滴加的方式加料，链转移剂加入混合单体的水溶液或引发剂的水溶液中一起滴加，混合单体的水溶液和引发剂的水溶液滴加时间为2～5h，混合单体的水溶液和引发剂的水溶液滴加完后继续保温1～4h。

6.如权利要求1～5中任一项所述的降粘型聚羧酸超塑化剂的制备方法，其特征在于，单体b由不饱和醇与环氧乙烷、端环氧基烷基聚乙二醇经嵌段式烷氧基化反应得到，

所述不饱和醇用通式(Ⅲ)表示：

所述端环氧基烷基聚乙二醇用通式(Ⅳ)表示：

7.如权利要求6所述的降粘型聚羧酸超塑化剂的制备方法，其特征在于，所述嵌段式烷氧基化反应以钾、钠、萘钾、萘钠、氢化钾、氢化钠、烷基醇钾、烷基醇钠、氢氧化钾或氢氧化钠作为催化剂，催化剂用量为所得单体b质量的0.1％～0.3％。

8.如权利要求7所述的降粘型聚羧酸超塑化剂的制备方法，其特征在于，不饱和醇与环氧乙烷的反应温度为100～130℃，反应压力为0.2～0.4MPa，环氧乙烷采用连续加料的方式；环氧乙烷加料完毕后，继续恒温至反应体系压力下降至-0.05MPa以下，再采用连续加料的方式加入端环氧基烷基聚乙二醇，加料时间为2～6h，反应温度为110～140℃，反应压力为-0.05MPa以下，加料结束后，恒温0.5～2h，反应结束后保持产物温度在60～80℃之间，采用有机酸中和至pH值为6～8。

9.如权利要求6所述的降粘型聚羧酸超塑化剂的制备方法，其特征在于，所述端环氧基烷基聚乙二醇由环氧氯丙烷和聚乙二醇单烷基醚在氢氧化钠和相转移催化剂存在下反应、提纯得到。

10.权利要求1～9中任一项制备方法所得降粘型聚羧酸超塑化剂作为水泥分散剂的应用。