CN104910389A

CN104910389A - 一种抗泥型超枝化分散剂及其制备方法

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Publication number: CN104910389A
Application number: CN201510263134.7A
Authority: CN
Inventors: 段国荣; 杨涛; 黄婷; 刘孝恒; 杨绪杰
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2015-05-21
Filing date: 2015-05-21
Publication date: 2015-09-16
Anticipated expiration: 2035-05-21
Also published as: CN104910389B

Abstract

本发明公开了一种抗泥型超枝化分散剂及其制备方法。所述分散剂通过向聚丙烯酸或聚甲基丙烯酸中加入经甲醇预溶解的聚酰胺胺大单体，搅拌均匀后在140～180℃下反应并同时抽除水蒸汽，反应1～3小时，冷却后加水稀释制得。本发明采用球形聚酰胺胺基团替代传统的直链聚醚基团，球形侧链形成空间位阻效应的同时可以封装微细泥土颗粒，从而形成显著抗泥效应，对泥土容忍性能可以达到8％以上。

Description

一种抗泥型超枝化分散剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种超枝化分散剂，具体涉及一种抗泥型超枝化分散剂及其制备方法，属于水泥分散剂领域。

背景技术

超细粉体由于表面能高而易于自团聚，因而其分散技术成为超细粉体应用的关键技术环节。在超细粉体中水泥颗粒是一种应用较广泛的粉体材料，其性能的发挥直接取决于其被分散的程度。在水泥基材料中应用的分散剂通常称为减水剂。减水剂又称为水泥分散剂或塑化剂，大多是分子量在几千到几万的水溶性高分子聚合物。现在市场中存在的普通减水剂(以木质素类减水剂为代表)以及高效减水剂(萘系减水剂、三聚氰胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂及脂肪族减水剂等)都是线形结构，这类减水剂基本依靠线形大分子吸附在水泥颗粒表面后产生的静电效应对水泥颗粒产生分散减水作用，体系的稳定性主要是通过双电层排斥能与范德华引力能的平衡来实现的，因而它的减水率不可能很高，在欧美日等发达国家，相关产业有逐渐萎缩的趋势。

市场中主要应用产品是聚羧酸高性能减水剂，聚羧酸分散剂分子呈梳型结构，主链为疏水的碳链，侧链为具有亲水性的羧基、磺酸基、酯基及长聚醚链等，这类减水剂产生分散减水机理是静电排斥效应和侧链的空间位阻效应，与线形减水剂相比，空间位阻效应的存在使得聚羧酸减水剂的分散效果大幅提高，梳形分散剂分子的“锚固”基团吸附在固体颗粒表面，其溶剂化链在介质中充分伸展形成位阻层，阻碍颗粒的碰撞团聚和重力沉淀，从而形成良好的分散稳定作用，这类减水剂在欧美日等发达国家应用很广泛，有逐渐取代线形外加剂的发展趋势。

专利【CN201410492164】、【CN201410030504】、【CN201410385466】等报道了几种抗泥型分散剂。这三个专利公开的抗泥型分散剂存在以下缺陷：(1)制备工艺复杂；(2)产品效果不显著。

发明内容

本发明的目的是提供一种对水泥颗粒适应性强、具有抗泥特性的超枝化分散剂，其主链呈现羧酸分子的梳形结构，侧链是球形超枝化分子，这种侧链结构克服了梳形高分子直链形侧链在水溶液中容易相互缠绕而引起的聚羧酸分子的“桥接”作用，从而表现出显著的超高分散性能。

本发明的分散剂是在聚丙烯酸或聚甲基丙烯酸长链大分子中接枝球形侧链从而形成空间位阻效应，球形侧链同时可以封装微细泥土颗粒，从而形成抗泥效应。

实现本发明目的的技术解决方案是：

一种超枝化分散剂，其结构如通式(1)所示：

R₁、R₂分别独立地选自氢原子或甲基；

R₃、R₄分别独立地选自羧酸基或聚酰胺胺，聚酰胺胺的结构如通式(2)所示：

x、y为聚合度，为不大于166的正整数。

上述结构的超枝化分散剂由以下方法制得：

向聚丙烯酸或聚甲基丙烯酸中加入经甲醇预溶解的聚酰胺胺大单体，搅拌均匀后在140～180℃下反应并同时抽除水蒸汽，反应1～3小时，冷却后加水稀释得通式(1)分散剂。

上述步骤中，聚丙烯酸或聚甲基丙烯酸与聚酰胺胺的重量比为1～6：1。

上述步骤中，聚丙烯酸或聚甲基丙烯酸的分子量在4000～12000之间。

上述步骤中，聚酰胺胺大单体的分子量为400～3000。

与现有的其它分散剂相比较，本发明分散剂明显的优点是：

(1)、聚合方法简单，直接在长链大分子中接枝球形侧链，工艺简单可控。

(2)、采用球形聚酰胺胺基团替代传统的直链聚醚基团，球形侧链形成空间位阻效应的同时可以封装微细泥土颗粒，从而形成显著抗泥效应。

(3)、羧酸类分散剂在混凝土中应用时，其对泥土的容忍性一般能达到3％以下，当混凝土原材料中泥土含量超过5％时，羧酸类分散剂的分散性能几乎损失殆尽，本发明产品对泥土容忍性能可以达到8％以上。

(4)、可通过改变球形侧链的分子量来调节分散剂对泥土的适应性，扩大了产品的应用范围，满足多种施工环境要求。

具体实施方式

实施例1本发明分散剂的制备

将200克的聚丙烯酸(分子量8000)的水溶液(含固量50％)和200克的聚酰胺胺(分子量2000)的甲醇溶液(含固量50％)混合搅拌均匀，在180℃反应并同时抽除水蒸汽，反应1～3小时，冷却至95～98℃后，加水200克，搅拌均匀继续冷却到40～60℃后出料，得本发明产品。

本发明产品冷却到常温时会变成难溶性固体，影响使用。因此在冷却至95～98℃温度范围内加水稀释，加水量根据最终产物浓度控制40～50％而确定。

实施例2本发明减水剂的制备

将1800克的聚甲基丙烯酸(分子量12000)的水溶液(含固量50％)和300克的聚酰胺胺(分子量3000)的甲醇溶液(含固量50％)混合搅拌均匀，在140℃反应并同时抽除水蒸汽，反应1～3小时，冷却至95～98℃后，加水1100克，搅拌均匀继续冷却到40～60℃后出料，得本发明产品。

实施例3本发明减水剂的制备

将432克的聚丙烯酸(分子量4000)的水溶液(含固量50％)和300克的聚酰胺胺(分子量400)的甲醇溶液(含固量50％)混合搅拌均匀，在160℃反应并同时抽除水蒸汽，反应1～3小时，冷却至95～98℃后，加水380克，搅拌均匀继续冷却到40～60℃后出料，得本发明产品。

为检验本发明产品在水泥基材料中的应用性能，将本发明产品与市场羧酸类分散剂分别做砂浆、水泥净浆的抗泥性能对比试验。分散剂按固掺量0.2％(即与水泥重量百分比)执行。试验方法参照GB8076-2008，标准砂，海螺P.O42.5普通硅酸盐水泥。测定数据见对比表1。

表1本发明产品与羧酸类分散剂在砂浆、水泥净浆中抗泥性能对比

为了检测分散剂的抗泥性能，试验中分别用3％和8％的泥土超细粉末取代等量水泥。从三个对比实例的检测结果可看出，本发明分散剂具有优异的抗泥性能，当水泥中泥土粉末的含量在3％时，羧酸类产品与本发明产品的抗泥性能近似，而当水泥中泥土含量达到5％时，羧酸类分散剂的分散性能迅速消失，而本发明产品的抗泥性能可达8％，这说明本发明产品具有优异的抗泥性能。

本发明分散剂可以与市场上现有的萘系减水剂、氨基磺酸系减水剂以及其它羧酸系减水剂复合使用，不但有效改善新拌混凝土的泥土损失效应，同时不影响混凝土的凝结时间和早期强度，另外还可以与其它引气剂、缓凝剂、早强剂、消泡剂等复合使用，进一步提高产品的综合性能。本分散剂聚合方法简单，直接在长链大分子中接枝球形侧链，工艺简单可控。

Claims

1.一种抗泥型超枝化分散剂，其特征在于，其结构如下所示：

其中，R₁、R₂分别选自氢原子或甲基；

R₃、R₄分别选自羧酸基或聚酰胺胺；

x、y为聚合度，为不大于166的正整数。

2.如权利要求1所述的抗泥型超枝化分散剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：向聚丙烯酸或聚甲基丙烯酸中加入经甲醇预溶解的聚酰胺胺大单体，搅拌均匀后在140～180℃下反应并同时抽除水蒸汽，反应1～3小时，冷却后加水稀释得所述分散剂。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，聚丙烯酸或聚甲基丙烯酸与聚酰胺胺的重量比为1～6：1。

4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，聚丙烯酸或聚甲基丙烯酸的分子量在4000～12000之间。

5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，聚酰胺胺大单体的分子量为400～3000。