[发明专利]低聚型表面活性剂、其制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种低聚型表面活性剂、其制备方法及应用，属于混凝土外加剂领域。

背景技术

近年来，随着高性能混凝土的发展，人们对于混凝土的耐久性也日益重视，引气剂的研发和生产逐渐成为外加剂领域的热点。在混凝土搅拌过程中，掺入引气剂，可以在新拌和硬化混凝土中引入适量微小、均匀、密闭的气泡，从而提高混凝土的耐久性能和抗融冻性能。目前常用的引气剂包括松香类引气剂、皂苷类引气剂、烷基磺酸盐引气剂等。从它们的化学结构看出，它们是一种表面活性剂，即一端为疏水链段，另一端为亲水离子基团的两亲性单链分子。这种分子可以通过疏水链之间的疏水缔合作用在气液界面定向排列，从而降低水溶液的表面张力，使得气泡更加容易生成。但是，亲水的离子基团之间同种电荷的排斥作用阻碍了其在气液界面的紧密排列，使得表面活性剂分子间距增大。这限制了它们的表面活性，使得它们的引气能力不足，或是引入的气泡直径大、尺寸不均、膜弹性小、稳定性差，无法满足现代高性能混凝土的要求。

双子型表面活性剂(Gemini Surfactants)是一类具有特殊结构的新型表面活性剂。其分子中含有两个亲水的离子基团和两条疏水链段，在靠近亲水基处，由桥接基团通过化学键共价连接两条疏水链段。研究表明，这种结构使得离子基团间的静电排斥因受化学键限制而大大削弱，同时疏水链段之间的距离大大拉近，增强了疏水缔合作用，使表面活性剂分子在气液界面能够更加紧密、有序的排列，因此具有更高的表面活性(Angew.Chem.Int.Ed.2000,39,1906-1920)。专利文献CN 102641691 A公开了一种阴离子型双子表面活性剂，相比于传统的单链型表面活性剂，它能更有效地降低水溶液的表面张力。专利文献CN 104496525 A公开了一种含有双子型表面活性剂的混凝土引气剂，相比于传统的混凝土引气剂，它具有更加优秀的引气和稳泡性能，同时不会对混凝土的硬化强度产生较大影响。

低聚型表面活性剂(Oligomeric Surfactants)是在双子型表面活性剂基础上的进一步延伸，将三个以上的单链型表面活性剂在靠近亲水基处通过化学键共价连接。研究者发现，相比于单链和双子型表面活性剂，低聚型表面活性剂拥有更高的表面活性和更好的气泡性能(Langmuir 2012,28,9322-9331；CN 103691360 B；CN 104263342 A)。目前对低聚型表面活性剂的研究还在起步阶段，主要有三聚型、四聚型、六聚型等；对其在工程中的实际应用报道较少，将其应用于混凝土引气剂领域更是未见报道。

发明内容

发明目的

本发明的一个目的是提供一种低聚型表面活性剂，具有高的表面活性，以及优良的起泡和稳泡性能。

本发明的另一个目的是提供所述低聚型表面活性剂的制备方法。

本发明的另一个目的是提供所述低聚型表面活性剂的应用。

发明概述

根据本发明的第一方面，本发明提供了一种低聚型表面活性剂，其结构通式如下所示：

其中R₁＝CH₃(CH₂)_a，a＝7～17的整数；R₂＝(CH₂CH₂O)_b，b＝0、1、2或3；n＝1、2、3、4或5；M＝K或Na。

所述低聚型表面活性剂分子中含有3～7个疏水链段和亲水单元，其中疏水链段为含有8～18个碳的烷基链(R₁)，亲水单元为0～3个环氧单元(R₂)和硫酸酯盐基团，它们之间在靠近亲水单元处通过化学键共价连接。这种结构克服了硫酸根之间的静电排斥作用，同时拉近了疏水链段之间的距离，增强了它们的疏水缔合作用，使它们在气液界面能够更加紧密有序的排列，因此具备传统的单链表面活性剂所不具备的性能，如更高的表面活性、更好的起泡和稳泡性能等。

根据本发明的第二方面，提供了所述低聚型表面活性剂的制备方法，b＝1、2或3时，合成路线如下：

b＝0时，合成路线如下：

上述合成路线采用本领域公知的反应类型实现，先通过烷基环氧化合物B与多元醇A反应生成中间体C，再在中间体C上按顺序修饰亲水的环氧单元以及硫酸酯盐基团。

具体的，所述制备方法包括以下步骤：