[发明专利]一种提升水泥基材料抗折和抗拉强度的外加剂及其制备方法

权利要求书

1.一种提升水泥基材料抗折和抗拉强度的外加剂，其特征在于：为核壳结构的有机-无机杂化粒子的水分散液，核壳结构的有机-无机杂化粒子在水分散液中的质量含量为5-40％；核壳结构的有机-无机杂化粒子由三层组成，从内到外依次是最内层、中间层和最外层；最内层为有机聚合物核，中间层为二氧化硅或有机官能团取代的二氧化硅壳层，最外层为一层带长侧链的负电性有机聚电解质。

2.如权利要求1所述的提升水泥基材料抗折和抗拉强度的外加剂，其特征在于：最内层为由苯乙烯、取代苯乙烯、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸酯、取代的丙烯酸酯、取代的丙烯酰胺单体、取代的甲基丙烯酰胺单体、甲基丙烯酸酯、取代的甲基丙烯酸酯、丙烯酸的一价金属盐或甲基丙烯酸的一价金属盐中的一种或两种以上聚合形成的均聚物或共聚物。

3.如权利要求1或2所述的提升水泥基材料抗折和抗拉强度的外加剂，其特征在于：中间层通过硅氧烷或者硅酸钠水解制备。

4.如权利要求1或2所述的提升水泥基材料抗折和抗拉强度的外加剂，其特征在于：最外层由丙烯酸类或取代的丙烯酸类单体与带长聚氧乙烯醚链的可聚合单体和可聚合硅氧烷单体所制得的产品制备而成。

5.权利要求1-4任意一项所述的提升水泥基材料抗折和抗拉强度的外加剂的制备方法，其特征在于：包括顺序相接的如下步骤：

(1)最内层的制备：

向反应器中加入所需量的可聚合单体A、可聚合单体B、交联剂C的0-100％和所需量水，充分搅拌混合，得混合液，向混合液中通N₂除O₂，将反应器升至20-90℃，搅拌条件下向反应器中加入引发剂引发聚合，同时向反应器中滴加交联剂C的剩余部分和可聚合单体D的混合液进行共聚，自引发剂加入时计时，反应2-8h，得到有机聚合物核分散液；

可聚合单体A、B、D和交联剂C的质量和占步骤(1)中聚合体系总质量的5-45％，其中，可聚合单体A的质量占可聚合单体A、B、D和交联剂C总质量的0-5％，交联剂C的质量占可聚合单体A、B、D和交联剂C总质量的0-5％，可聚合单体B的质量占可聚合单体B和D的总质量的比例不小于10％；

其中，可聚合单体A为符合以下通式((1)-(3))有机物中的一种：

R₁、R₂、R₃和R₅分别为H或者CH₃，R₄为6-30个碳原子的烷基，X₁、X₂、X₃和X₄分别为O或NH，a、b为4-50的整数，c为6-12的整数；

可聚合单体B由官能团单体和非官能团单体组成，其中，官能团单体占可聚合单体B总质量的0.5-5％，其余为非官能团单体；

交联剂C为二乙烯基苯、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MAPTMS)、甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷(MAPTES)、甲基丙烯酰氧基甲基三乙氧基硅烷、丙烯酰氧基甲基三甲氧基硅烷或丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中一种或两种以上任意配比的混合物：

可聚合单体D由官能团型单体和非官能团单体组成，其中，官能团单体占可聚合单体D总质量的0.5-5％，其余为非官能团单体；

引发剂为热分解引发剂或氧化还原引发剂，若采用热分解引发剂，则引发剂质量用量为可聚合单体A、B、D和交联剂C总质量的0.05-3％；若采用氧化还原引发剂，则用量以氧化剂和还原剂中摩尔量较低的一方总质量计算，为可聚合单体A、B、D和交联剂C总质量的0.05-3％；

热分解引发剂为偶氮类引发剂或过硫酸盐类引发剂；氧化还原引发剂包括氧化剂和还原剂，氧化剂与还原剂的摩尔比为0.5-2.0，氧化剂为H₂O₂或过硫酸盐，还原剂为维生素C、甲醛次硫酸氢钠、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠或焦亚硫酸钠中一种或两种以上任意配比的混合物；若为热分解引发剂，则直接一次加入或缓慢均匀加入聚合体系；若为氧化还原引发剂，则先将氧化剂加入聚合体系，然后将还原剂缓慢均匀加入聚合体系，且不应在可聚合单体A、B、D和交联剂C全部加入反应体系前加完；

(2)最内层表面包覆中间层：

将步骤(1)中制备的有机聚合物核分散液调节所需pH，在30-80℃下，搅拌条件下向有机聚合物核分散液中滴入有机物E或含硅组分F中一种或两种，滴加反应1-24小时，得包覆有中间层的分散液；若仅使用有机物E，则所需pH为2-12，若仅使用含硅组分F或有机物E和含硅组分F都用时，则所需pH为2-8；

其中，有机物E为含三个以上烷氧基取代的硅烷；含硅组分F由硅酸钠和反应物K组成，反应物K为硝酸铵、硫酸铵、醋酸铵或醋酸中的一种或两种以上任意配比的混合物，滴加时，硅酸钠和反应物K分开滴加；硅酸钠和反应物K的摩尔比为(铵离子+醋酸)/硅酸钠为2.0-2.2；

有机物E和含硅组分F中所含硅元素总质量为第一阶段所得有机聚合物核总质量的2-20％，且含硅组分F中所含硅元素质量占有机物E和含硅组分F中硅元素的总质量不超过25％；

(3)在中间层表面包覆最外层：

将步骤(2)中所得分散液调pH至4-12，在温度为40-90℃的条件下，向反应体系中加入有机聚合物G，滴加反应1-5h，减压抽出可挥发的有机小分子，即得提升水泥基材料抗折和抗拉强度的外加剂；有机聚合物G的质量用量为步骤(2)中所得粒子总质量的2-50％；

其中，有机聚合物G为由单体H、I和J通过自由基共聚合制备的聚合物；单体H、I和J占总单体(H+I+J)的摩尔分数分别为m₁、n₁、p₁，m₁+n₁+p₁＝100％，且2％≤m₁≤80％，0.5％≤n₁≤96％，2％≤p₁≤30％；

单体H为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸的钠盐或钾盐、甲基丙烯酸的钠盐或钾盐中的一种；单体I为聚乙二醇单甲醚丙烯酸酯、聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、烯丙基聚氧乙烯醚、甲基烯丙基聚氧乙烯醚、丁烯基聚氧乙烯醚、甲基丁烯基聚氧乙烯醚或乙烯基聚氧乙烯醚；单体J为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MAPTMS)、甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷(MAPTES)、甲基丙烯酰氧基甲基三乙氧基硅烷、丙烯酰氧基甲基三甲氧基硅烷或丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。