[发明专利]一种含硅的聚羧酸减水剂的合成方法及其产品

说明书

本发明提供了一种含硅的聚羧酸减水剂的合成方法，主要包括三步反应：第一步，使硅醇类化合物与环氧乙烷发生开环聚合反应，以生成中间体A；第二步，在酯化催化剂、阻聚剂的存在下，使中间体A与丙烯酸或/和甲基丙烯酸发生酯化反应，以生成中间体B；第三步，在引发剂、链转移剂的存在下，使中间体B与丙烯酸或/和甲基丙烯酸发生自由基共聚反应，最终制得目标产品。本发明还提供了一种使用上述合成方法制备的含硅的聚羧酸减水剂，其有利于吸附于水泥颗粒表面，同时获得更高的分散性，能够显著延长预制混凝土的初凝时间和终凝时间，因此，具有广阔的应用前景与市场潜力。

技术领域

本发明属于混凝土的外加剂领域，特别涉及一种含硅的聚羧酸减水剂的合成方法，以及采用该合成方法制得的含硅的聚羧酸减水剂。

背景技术

聚羧酸减水剂最早于20世纪80年代由日本触媒公司研发并申请专利，属于第三代减水剂，其减水率和保坍性能明显优于传统木质磺酸盐减水剂(第一代减水剂)和萘系减水剂(第二代减水剂)，聚羧酸减水剂主要反应原料为具有共聚反应活性的不饱和羧酸与具有共聚反应活性的不饱和链状聚合物。

早期的不饱和链状聚合物主要通过不饱和羧酸与聚乙二醇发生酯化反应制备而成，早期并无“聚羧酸减水剂专用聚醚”概念，所用聚乙二醇化合物为印染领域化工助剂。早期聚羧酸减水剂均为酯类减水剂，反应需要经过两个步骤，对于产品生产效率及性能的稳定性有明显影响，并且聚乙二醇包含2个端羟基，均可与不饱和羧酸发生酯化反应，导致形成具有2个不饱和双键的分子结构，在自由基共聚反应时聚合形成交联结构，影响该类聚羧酸减水剂分散性。单双酯性质较为接近，通过物理方法分离困难且成本较高，因此其使用和发展受到一定限制。

聚羧酸减水剂广泛应用于各类混凝土建筑工程中，其通常通过自由基共聚反应合成，主要反应原料包括不饱和羧酸类化合物，如丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸酐、富马酸等。聚羧酸减水剂需要具有共聚反应活性的链状聚合物分子，该类化合物分为酯类化合物和醚类化合物两种，其中，酯类化合物为聚乙二醇或聚乙二醇单甲基醚的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯；醚类聚合物分子主要包括异戊烯基聚氧乙烯醚(TPEG)、甲基烯丙基聚氧乙烯醚(HPEG)、烯丙基聚氧乙烯醚(APEG)等，上述醚类聚合物以具有共聚反应活性的醇类化合物为反应原料，在碱性条件下与环氧乙烷(EO)等反应物，通过开环聚合反应合成重均分子量为800～4000的直链聚合物分子。

聚羧酸减水剂的一般分子结构包括具有梳状结构的聚合物分子，其侧链结构中同时具有羧基、磺酸基等阴离子官能团和直链聚合物分子结构，起到空间位阻作用，该类聚羧酸减水剂的性能明显优于木质磺酸盐类建筑外加剂、萘系建筑外加剂、脂肪族类建筑外加剂等。

现有技术中，含有硅元素的聚羧酸减水剂具有更好的分散性，可以提升在预制混凝土中的减水率，延长初凝时间和终凝时间；现有技术所提供的合成工艺中，通常采用含有可进行共聚反应的双键的硅烷偶联剂(丙烯基三甲氧基硅烷、丙烯基三乙氧基硅烷、乙烯苯基三甲氧基硅烷、乙烯苯基三乙氧基硅烷等)或含有可进行共聚反应双键的硅烷化合物(三甲基乙烯基硅烷、三甲基丙烯基硅烷、乙烯基三乙基硅烷、丙烯基三乙基硅烷等)；现有合成工艺通常将上述可进行共聚反应的有机硅化合物与直链聚合物、不饱和羧酸化合物、不饱和磺酸化合物等进行自由基共聚反应，然而，含硅元素的有机物本身在水中的溶解度较小，又如，含有不饱和双键的硅烷偶联剂具有较高的表面活化能，疏水基团所占比例较大，因此有机硅官能团占聚合物分子比较小，难以达到明显的效果。此外，现有技术中使用的有机硅类化合物共聚反应活性较低，易与竞聚率较高的不饱和羧酸类化合物进行共聚反应，不易与具有共聚反应活性的直链聚合物进行反应，从而导致反应合成的聚羧酸减水剂分子均一度低，缓凝性能不理想；此外，多元聚合反应也在一定程度上提高了反应的操作难度和不确定性，不利于大规模工业化生产与应用。

发明内容