一種嵌段聚羧酸混凝土高效減水劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種具有有序結(jié)構(gòu)的嵌段聚羧酸混凝土高效減水劑及其制備方法，采用原子轉(zhuǎn)移自由基聚合制備嵌段聚羧酸，有效的控制聚羧酸結(jié)構(gòu)規(guī)整性及其分子量分布，并應(yīng)用于水泥分散過程中。解決了聚羧酸分子量不可控、分子量分布較寬、分子結(jié)構(gòu)不可設(shè)計(jì)等難題。
【專利說明】一種嵌段聚羧酸混凝土高效減水劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及建筑材料中混凝土外加劑【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種可用作混凝土高效減水劑的嵌段聚羧酸及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]混凝土是最為常見的一種建筑材料，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的功能和質(zhì)量的要求逐漸提高，因此，混凝土外加劑應(yīng)運(yùn)而生?；炷镣饧觿┦且环N在混凝土攪拌之前或拌制過程中加入的、用以改善新拌和(或)硬化混凝土性能的材料。隨著社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，混凝土外加劑的種類越來越多，按其主要功能分為四類:(1)改善混凝土拌合物流變性能的外加劑，包括各種減水劑、引氣劑和泵送劑等；(2)調(diào)節(jié)混凝土凝結(jié)時(shí)間、硬化性能的外加劑，包括緩凝劑、早強(qiáng)劑和速凝劑等；(3)改善混凝土耐久性的外加劑，包括引氣劑、防水劑和阻銹劑等；(4)改善混凝土其他性能的外加劑，包括膨脹劑、著色劑、防水劑等。各種混凝土外加劑的廣泛應(yīng)用，已使其成為混凝土中除水泥、砂、石和水之外不可或缺的第五組份，外加劑的研究和應(yīng)用促進(jìn)了新品種混凝土和混凝土施工技術(shù)的發(fā)展。其中減水劑是混凝土工程中應(yīng)用最廣泛的外加劑品種，其使用量已超過外加劑總量的80%，是現(xiàn)代混凝土不可缺少的重要組成部分。聚羧酸系減水劑作為一種新型的高性能減水劑，又被稱為超塑化劑，由于其共聚物原料來源廣泛，分子組成可設(shè)計(jì)，具有摻量低、保坍性能好、混凝土收縮率低、分子結(jié)構(gòu)可調(diào)性強(qiáng)、生產(chǎn)工藝清潔化等突出優(yōu)點(diǎn)，成為國(guó)內(nèi)外混凝土外加劑研究和開發(fā)的熱點(diǎn)。自20世紀(jì)90年代以來，已得到廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用，特別是在歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家，其使用量已經(jīng)超過傳統(tǒng)的萘系減水劑。它是目前應(yīng)用前景最好，綜合性能最優(yōu)的高性能減水劑。
[0003]目前，聚羧酸系外加劑廣泛采用自由基聚合方法，傳統(tǒng)自由基聚合的缺點(diǎn)是得到的聚合物多分散性及微結(jié)構(gòu)無法控制，其根本原因與慢引發(fā)、快增長(zhǎng)、速終止的機(jī)理相關(guān)，具體來說，自由基聚合機(jī)理由鏈引發(fā)、鏈增長(zhǎng)、鏈終止等基元反應(yīng)組成，鏈引發(fā)是形成單體自由基(活性種)的反應(yīng)，引發(fā)劑 引發(fā)由兩步反應(yīng)組成，第一步為引發(fā)劑分解，形成初級(jí)自由基；第二步為初級(jí)自由基與單體加成，形成單體自由基。以上兩步反應(yīng)動(dòng)力學(xué)行為有所不同，第一步引發(fā)劑引發(fā)分解是吸熱反應(yīng)，活化能高，反應(yīng)速率和分解速率常數(shù)?。坏诙绞欠艧岱磻?yīng)，活化能低，反應(yīng)速率大，因此，總引發(fā)速率由第一步反應(yīng)控制。鏈增長(zhǎng)是單體自由基打開烯烴類分子的雙鍵，加成，形成新的自由基，新自由基的活性并不衰減，繼續(xù)與烯烴單體連鎖加成，形成結(jié)構(gòu)單元更多的鏈自由基的過程。鏈增長(zhǎng)反應(yīng)活化能低，約20~34kJ/mol，增加極快。鏈終止是自由基相互作用而終止的反應(yīng)，鏈終止活化能很低，僅8~21kJ/mol，甚至低至零，終止速率常數(shù)極高。比較三種基元反應(yīng)的相對(duì)難易程度，可以將傳統(tǒng)自由基聚合的機(jī)理特征描述為慢引發(fā)、快增長(zhǎng)、速終止。因此，自由基聚合得到分子量分布較寬，且無規(guī)結(jié)構(gòu)的聚合物。隨著無規(guī)結(jié)構(gòu)的聚羧酸減水劑構(gòu)效關(guān)系的深度挖掘和梳形共聚物外加劑性能的極限優(yōu)化，研究者發(fā)現(xiàn)梳形共聚物進(jìn)一步的性能提升和功能化進(jìn)入瓶頸狀態(tài)，目前使用的梳形聚合物分散劑已難以滿足混凝土新的、更高的要求，且發(fā)展空間不大。因此，探索新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的高性能聚合物分散劑及在混凝土中的應(yīng)用具有較高的現(xiàn)實(shí)意義。
[0004]綜上所述，制備聚合物分子量可控、分子量分布較窄、分子結(jié)構(gòu)與組成可設(shè)計(jì)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)聚合物是十分必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有有序結(jié)構(gòu)的嵌段聚羧酸混凝土高效減水劑及其制備方法，解決聚羧酸分子量不可控、分子量分布較寬、分子結(jié)構(gòu)不可設(shè)計(jì)等難題。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)原理:采用原子轉(zhuǎn)移自由基聚合，有效的控制聚羧酸結(jié)構(gòu)規(guī)整性及其分子量分布，并應(yīng)用于水泥分散過程中。
[0007]本發(fā)明提供一種嵌段聚羧酸高效減水劑，其結(jié)構(gòu)符合通式④:
[0008]
【權(quán)利要求】
1.一種嵌段聚羧酸高效減水劑，其特征在于:其結(jié)構(gòu)符合通式④:
2.權(quán)利要求1所述嵌段聚羧酸高效減水劑的制備方法，其特征在于:包括下述步驟: I)單體A與催化劑、配體、溶劑充分混合后，通入N2將溶液中O2排出，然后將引發(fā)劑一次性快速加入到上述溶液中，在N2保護(hù)下進(jìn)行原子轉(zhuǎn)移可控自由基聚合反應(yīng)，其反應(yīng)溫度為30°C~90°C，反應(yīng)時(shí)間為0.5 h~12h，得到均聚物大分子溶液；單體A的分子結(jié)構(gòu)符合通式①，均聚物的分子結(jié)構(gòu)符合通式②；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:所述單體B選自丙烯酸或者甲基丙烯酸中的任意一種或者二者以任意比例混合。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述`的方法，其特征在于:單體A是具有通式(I)所表示的結(jié)構(gòu)的物質(zhì)中的至少一種，以任意比例混合。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:所述引發(fā)劑包括2-溴異丁酸乙酯、2-溴丙酸甲酯或者2-溴異丙酰溴中的任意一種。
【文檔編號(hào)】C04B103/30GK103482897SQ201310406923
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月9日
【發(fā)明者】冉千平, 王秀梅, 楊勇, 周棟梁, 劉金芝 申請(qǐng)人:江蘇博特新材料有限公司, 江蘇蘇博特新材料股份有限公司, 江蘇省建筑科學(xué)研究院有限公司, 南京博特新材料有限公司