一种磷酸化缩聚物高效减水剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种磷酸化缩聚物高效减水剂，是以磷酸化的三聚氰胺衍生物作为主要吸附基团，替换传统的羧基、磺酸基。以芳香烷氧基聚醚作为聚合物侧链，提供强空间位阻效应，提升聚合物分散性和分散保持性能。本发明专利技术提供的一种缩聚物高效减水剂及其制备方法，综合性能优异，对当今混凝土低品位的原材料具有极高的适应性，市场需求强烈，前景广阔，而且该缩聚物制备工艺先进，具备可工业放大生产的工艺特点，有望打造为混凝土减水剂领域的核心技术，引领行业发展。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于化学建材领域，具体涉及一种具有新颖结构的磷酸化缩聚物高效减水剂及其制备方法。
技术介绍
聚羧酸系减水剂(PCE)，被称为第三代混凝土超塑化剂，其具有梳形分子结构，空间位阻作用极强，突破了传统的通过静电排斥实现水泥粒子分散的原理，应用在混凝土体系中具有产量低、减水率高、可改善混凝土孔结构和密实度等优点，而且可以控制混凝土的坍落度损失，以及混凝土的引气、缓凝、泌水等问题。由于其综合性能突出，推广应用价值很高，其在重点工程和商品混凝土中的市场份额逐年扩大，代表了目前最前沿、科技含量最高、应用前景最好、综合性能最优的一种高性能减水剂。聚羧酸性能提升研究始终为外加剂技术的研究热点和难点，围绕聚醚大单体分子结构、新型共聚单体、吸附基团类型进行了大量的合成探索、性能测试及应用表征等工作。鉴于聚羧酸减水剂发展历程与分子结构，主要分为如下三种：①聚酯型减水剂，即以甲氧基聚乙二醇与(甲基)丙烯酸生成的甲氧基聚乙二醇单(甲基)丙烯酸酯作为聚氧乙烯基大单体制备的减水剂，具有减水率高、保坍性能及水泥适应性好的优点；②普通聚醚型减水剂，即以烯丙基聚乙二醇或其改性产品作为主要聚氧乙烯基大单体制备的减水剂，具有合成工艺简单、成本低、聚合浓度高等优点；③高性能聚醚型减水剂，即以甲代烯丙基聚乙二醇或其改性产品作为主要聚氧乙烯基大单体制备的减水剂，兼具普通聚醚型减水剂和聚酯型减水剂的优点。目前关于聚羧酸的改性或性能提升研究均基于以上三个类型，体系相对固定，吸附基团主要以羧基为主。专利CN1167739A中公开了一种制备聚羧酸水泥分散剂的方法，首先将烷氧基多亚烷基二醇和(甲基)丙烯酸酯在碱性催化剂的作用下进行酯交换反应制备烷氧基多亚烷基二醇单(甲基)丙烯酸酯，再与(甲基)丙烯酸混合，在过硫酸铵的作用下共聚合制得聚羧酸减水剂。但是，制备该烷氧基多亚烷基二醇单(甲基)丙烯酸酯单体时需要大量过量的(甲基)丙烯酸酯，造成产品的后处理复杂，成本增加。专利CN1412175公开了一种烯丙基醚酯单体的制备方法以及该单体制备减水剂的方法，先用氧化铝等吸附材料处理烯丙醇聚醚并使其过氧化值达到5.0meq/kg以下，再与脂肪族一元羧酸进行酯化反应制造烯丙基醚酯单体。再用这种精制过的烯丙基醚酯单体与马来酸酐在80℃下用偶氮二异丁腈做引发剂下制得重均分子量为13500的共聚物，再将此共聚物和烷基聚亚烷基二醇在100℃下酯化得到一种水泥分散剂。但是，由于烯丙基醚酯单体的反应活性较差，造成得到的水泥分散剂的减水性能和坍落度保持性能都不能令人满意。美国专利US5362324、US5661206和中国专利CN101831037A、CN101066851A公开了一种酯交换体型保坍剂的制备方法，利用酯交换体在水泥强碱性介质中，发生酯水解断裂，从而缓慢释放出低分子量聚合物，进而提高混凝土的保坍能力，但这种交联体前期的分散性较差。现代混凝土的原材料状况却日趋严峻，工业副产石膏作为水泥调凝剂的使用导致胶凝材料SO42-含量偏高；粉煤灰、矿渣粉、煤矸石等大宗工业固体废弃物的广泛应用，使得胶凝材料的组份更加复杂；特别是优质砂、石资源日益匮乏，骨料含泥量和吸水率增大，直接影响混凝土外加剂与材料之间的适应性，导致混凝土初始流动度和流动度保持能力大幅降低，极大限制了高效减水剂的推广应用，逐步会影响到混凝土技术的发展。针对当今市场上混凝土骨料和掺合料品质较差的状况，有必要开发高适应性的减水剂，突破传统减水剂的局限，进行减水剂吸附基团和分子骨架创新研究，全面提升性能，为现代混凝土技术的发展提供重要支撑。
技术实现思路
针对市场上混凝土原材料品质却越来越差的局面，而现有减水剂适应性不强，以及现有减水剂的制备工艺复杂，或者减水性能和坍落度保持性能不佳等问题，本专利技术提供了一种以磷酸根作为吸附基团的梳形聚合物，即一种磷酸化缩聚物高效减水剂及其制备方法，所述高效减水剂分子结构新颖，综合性能优异，特别是对水泥适应性强、粘土和硫酸盐的敏感性低，制备工艺可工业化，市场空间广阔。本专利技术所述磷酸化缩聚物高效减水剂，是以磷酸化的三聚氰胺衍生物作为主要吸附基团，替换传统的羧基、磺酸基。本专利技术所述磷酸化缩聚物高效减水剂，以芳香烷氧基聚醚作为聚合物侧链，提供强空间位阻效应，提升聚合物分散性和分散保持性能。本专利技术所述磷酸化缩聚物高效减水剂，其分子结构式如下式I所示：聚合物分子结构由三种单体：磷酸化三聚氰胺A，醛B和芳香烷氧基化合物C缩合而成，分子结构为梳形结构；聚合物单体摩尔比：m:n:p＝1.5～4.5:1.8～3.2:1，优选m:n:p＝2.0～3.0:2.4～2.8:1；单体A为磷酸化三聚氰胺，分为单齿化合物II(R1＝H，)和双齿化合物III减水剂分子结构I中，需要具有如下的一种或两种结构，具体结构如式II和III所示：单体A的制备方法，以三聚氰胺、亚磷酸、相应的甲醛或乙醛或苯甲醛为关键原料，在催化剂酸的作用，控制物料的摩尔比，发生经典的Mannich反应，可参考人名反应或相关的技术资料，业内人员容易理解和掌握，制备关键中间体II和III；其中物料的摩尔比为：三聚氰胺：亚磷酸：醛：酸(H+)＝1:1.0～1.2:1.1～1.5:0.2～1.2，此物料比对应单个磷酸官能团，酸可以为催化量或化学计量的；单体B为常规的甲醛、乙醛和苯甲醛化合物一种或一种以上(R3＝H或或)，从工业化原料选择和转化率角度，优选37％甲醛溶液(福尔马林)；单体C为缩聚物聚醚侧链，为芳香烷烯基聚醚，分子量为1000～6000，优选2000～5000，R4和R5为H、OH、NH2或苯氧基聚氧烷基醚或苯氨基聚氧烷烯醚(聚氧烷烯醚为带有活性氢的芳香醇或胺与环氧乙烷/环氧丙烷开环聚合而成)，但R4和R5不能同时为H、OH或NH2，至少其中之一为苯氧基或苯氨基聚氧烷烯醚；单体C的制备方法可采用常规的阴离子烷氧基化聚合方法，此方法在聚醚大单体行业较为成熟，具体可参照专利ZL200910027884.9和ZL200910234991.9；聚合物重均分子量为1～5万。本专利技术所述磷酸化缩聚物高效减水剂的制备方法为：三种前述单体，在催化剂的作用下，pH为1～3，经缩聚反应合成得到所述磷酸化缩聚物高效减水剂；反应温度为100～150℃，反应时间1～10h，反应体系以水为溶剂；装置需要安装冷凝器(管)回流，防止体系中水或醛的散失，影响反应条件；催化剂酸可选自磺酸、硫酸、三氟乙酸(TFAA)、4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磷酸化缩聚物高效减水剂，其特征在于，其分子结构式如下式I所示：聚合物分子结构有三种结构单元，是由磷酸化三聚氰胺A，醛B和芳香烷氧基化合物C缩合而成，分子结构为梳形结构；前述三种单体的摩尔比：m:n:p＝1.5～4.5:1.8～3.2:1，优选m:n:p＝2.0～3.0:2.4～2.8:1；单体A为磷酸化三聚氰胺，其结构为下述单齿化合物II和双齿化合物III中的任意一种；单体B为甲醛、乙醛和苯甲醛化合物一种或一种以上任意比例的混合；单体C为缩聚物聚醚侧链，为芳香烷烯基聚醚，分子量为1000～6000；所述磷酸化缩聚物高效减水剂的重均分子量为1～5万。

【技术特征摘要】
1.一种磷酸化缩聚物高效减水剂，其特征在于，其分子结构式如下式I所示：
聚合物分子结构有三种结构单元，是由磷酸化三聚氰胺A，醛B和芳香烷
氧基化合物C缩合而成，分子结构为梳形结构；
前述三种单体的摩尔比：m:n:p＝1.5～4.5:1.8～3.2:1，优选m:n:p＝
2.0～3.0:2.4～2.8:1；
单体A为磷酸化三聚氰胺，其结构为下述单齿化合物II和双齿化合物III中
的任意一种；
单体B为甲醛、乙醛和苯甲醛化合物一种或一种以上任意比例的混合；
单体C为缩聚物聚醚侧链，为芳香烷烯基聚醚，分子量为1000～6000；
所述磷酸化缩聚物高效减水剂的重均分子量为1～5万。
2.根据权利要求1所述磷酸化缩聚物高效减水剂，其特征在于，单体A的制
备方法，以三聚氰胺、亚磷酸、相应的甲醛或乙醛或苯甲醛为关键原料，在催化
剂酸的作用，发生Mannich反应即得；
其中物料的摩尔比为：三聚氰胺：亚磷酸：醛：酸(H+)＝1:1.0～1.2:1.1～1.5:
0.2～1.2。
3.根据权利要求1所述磷酸化缩聚物高效减水剂，其特征在于，单体B甲醛。
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【专利技术属性】
技术研发人员：王涛，冉千平，刘加平，亓帅，马建峰，范士敏，宋峰岩，
申请(专利权)人：江苏苏博特新材料股份有限公司，攀枝花博特建材有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32