[发明专利]一种提高水泥基材料力学性能的外加剂及其制备方法

权利要求书

1.一种提高水泥基材料力学性能的外加剂，其特征在于，是一种有机无机杂化粒子的水分散液，所述有机无机杂化粒子，占所述水分散液的总质量的5-40％，由内层和外层两层结构组成；

内层包括有机组分和无机组分；所述有机组分和无机组分的杂化方式并非核壳结构，有机组分和无机组分之间没有任何共价键连接；无机组分和有机组分各自分别通过共价键连接形成聚合物网络，且这两个交联网络相互穿插，有机组分和无机组分之间没有明显的分相界限；

内层的有机组分是由苯乙烯或取代苯乙烯、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸酯或取代的丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯或取代的甲基丙烯酸酯中的任意种类在非硅氧烷交联剂存在的条件下聚合形成的交联均聚物或共聚物；

内层无机组分是以硅氧键网络构成的壳层，通过硅氧烷水解制备，其表面充满羟基官能团，这些羟基部分与最外层发生反应从而起到以共价键连接最外层的作用，其余羟基受到反应效率限制而未发生变化；

外层是一层带长侧链的负电性有机聚电解质，由丙烯酸、带长聚氧乙烯醚链的可聚合单体和可聚合硅氧烷单体制备而成，通过硅氧烷官能团与内层表面的羟基发生偶联反应生成-Si-O-结构形成共价连接。

2.权利要求1所述提高水泥基材料力学性能的外加剂的制备方法，其特征在于，包含下述步骤：

(1)有机无机杂化粒子内层颗粒分散液的制备，内层有机组分和无机组分同步制备：

向反应其中加入可聚合单体A、可聚合单体B、交联剂C的一部分、硅氧烷D的一部分和水，充分搅拌混合，得到混合液；将混合液调节至pH为2-12，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，同时开始向反应器中滴加交联剂C的剩余部分、硅氧烷D的剩余部分和可聚合单体E，自引发剂加入时开始计时，反应时间为4-24h，得到有机无机杂化粒子内层颗粒分散液；

交联剂C分两次加入，第一次加入量的比例占全部交联剂C的0-100％；

硅氧烷D分两次加入，第一次加入量的比例占全部硅氧烷D的0-100％；

(2)在外层包覆负电性有机聚电解质：

将步骤(1)中所得有机无机杂化粒子内层颗粒分散液调至pH为4-12，将温度变化至40-90℃，向反应体系中加入有机聚合物F，反应不超过6h，减压抽出可挥发的有机小分子，降温可得所述有机无机杂化粒子水分散液，即为所述提高水泥基材料力学性能的外加剂；

制备内层两种组分的原料单体为非水溶性单体，在制备过程中，有机组分的聚合反应与无机组分制备的水解反应同步进行，这些非水溶性单体通过溶胀过程不断进入形成的粒子内部，在粒子内分别发生相应自由基聚合反应或水解反应，从而形成相互穿插的聚合物网络；

步骤(1)中的可聚合单体A为符合以下通式(1)-(3)有机物中的一种：

R₁、R₂、R₃和R₅分别独立地表示H或者CH₃，R₄表示6-30个碳原子的烷基；X₁、X₂、X₃和X₄分别独立地表示O或NH，a和b分别独立地指代乙氧基-CH₂CH₂O-链节的平均重复单元数，a、b的取值范围为4-50；c的取值范围为6-12；

步骤(1)所述可聚合单体B和E分别是苯乙烯和以下通式(4)所示单体中的一种或多于一种的任意组合；可聚合单体B与E的组成可以相同，也可以是不同的；

R₆表示H或者CH₃，R₇表示1-12个碳原子的饱和烷基；

步骤(1)所述交联剂C为二乙烯基苯和以下通式(5)所示结构中的任意一种；

R₈表示H或者CH₃，X表示2-12个碳原子的饱和烷基或者(CH₂CH₂O)_dCH₂CH₂的结构，其中d为环氧乙烷结构-CH₂CH₂O-的平均摩尔加成数，d的取值范围为1-44；

步骤(1)所述硅氧烷D为三个以上烷氧基取代的硅烷，参与反应后形成硅氧键网络，是符合通式(6)所示结构中的任意一种以上的任意组合；

R₉、R₁₀、R₁₁分别独立地表示1-4个碳原子的饱和烷基，R₁₂表示苯基-C₆H₅或1-12个碳原子的饱和烷基或含1-4个碳原子的饱和烷氧基；

步骤(2)中所用聚合物F为由单体G、H和I通过自由基共聚合制备的聚合物，

单体G为丙烯酸、甲基丙烯酸或相应的钠盐和钾盐中的任意一种，

单体H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、乙烯基聚氧乙烯醚中的任意一种，

单体I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、丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的任意一种；

单体H结构中含聚乙二醇链的重复单元-CH₂CH₂O-，且平均重复单元数为4-55；

单体G、H和I的占总单体G+H+I的摩尔分数为m₁、n₁、p₁，其取值范围满足m₁+n₁+p₁＝100％且2％≤m₁≤80％，0.5％≤n₁≤96％，2％≤p₁≤30％；

聚合物F重均分子量范围为5000≤Mw≤100000；聚合物F用量为相当于步骤(1)中所得有机无机杂化粒子质量的2-50％。