[发明专利]含硅聚羧酸减水剂、其制备方法及用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种含硅聚羧酸减水剂、其制备方法及用途。

背景技术

聚羧酸减水剂又称超塑化剂(Polycarboxylate Superplasticizer)，是一种常见的建筑助剂，特别是在高标号混凝土、混凝土预制构件、高层泵送建筑工程中，聚羧酸减水剂已成为目前必不可少的混凝土外加剂之一。聚羧酸减水剂最早由日本花王公司在20世纪80年代发明并申请专利，经过十余年的发展，便在日本及欧美国家大量替代传统的萘系减水剂和木质素类减水剂。1985年日本学者发表的有关聚羧酸减水剂性能的文章是最早有关聚羧酸减水剂合成方法的文献，该文献研究了羧酸系反应性高分子用于控制混凝土塌落度损失。日本于20世纪90年代开始推广聚羧酸减水剂。最初聚羧酸减水剂的研究主要为酯类单体作为反应原料，该类聚羧酸减水剂通常为两步法合成，首先通过具有反应活性双键的羧酸与聚乙二醇发生酯化反应，合成含双键的酯类聚乙二醇单体，再将其与含双键的羧酸、磺酸类化合物等原料进行自由基聚合反应。据文献报道，1995年后，在日本聚羧酸减水剂的用量已经超过萘系减水剂用量。随着聚羧酸减水剂使用范围不断拓展，用量不断增大，其相关研究逐渐成为热点。2000年后，合成带有双键的醚类单体技术逐渐成熟，并出现了一步法合成聚羧酸的文献报道。

国内聚羧酸减水剂的研究起步较晚，产品种类相对单一，性能与国外先进水平尚有一定差距，但近年来也有众多学术成果涌现。清华大学的李崇智教授首先以聚乙二醇、马来酸酐为原料，通过酯化反应合成聚乙二醇马来酸酯单体，并对其性能进行了测定；江苏建筑研究院的冉千平等根据减水剂的吸附分散性能，合成了主链同时带有阴离子和阳离子的PACP减水剂；华南理工大学的邱学青等认为聚氧乙烯侧链较短的聚羧酸减水剂分散性能较差是因为空间位阻作用较小，聚氧乙烯侧链较长则可能会使得侧链相互缠绕，阻碍减水剂在溶液中分子结构舒展。

目前国内仍有相当数量建筑工程在使用非聚羧酸类的减水剂，这些传统减水剂虽然通过复配可以在一定范围内提升性能，但已无法满足高标号混凝土的需要。而越来越多的建筑工程同时对聚羧酸减水剂初始性能与经时性能提出较高要求，在目前的实际工程中往往通过复配方法难以解决。此外，我国已成为聚羧酸减水剂使用量最大和产量增加最快的地区，这主要因为国外建筑理念逐渐摒弃超高层建筑，因而对高性能聚羧酸减水剂需求量有所削减；国内正处于快速发展建设阶段，大量地标性建筑相继开工建设，因而对高性能及特殊性能的聚羧酸减水剂的需求量不断增大，但国内高品质建筑沙资源日益不足，众多地区使用含泥量较高的河沙和山沙，因而对于抗泥型聚羧酸减水剂的需求将愈加明显。

聚羧酸减水剂由于其较好的初始减水率、良好的缓凝保坍性能、环境友好等优点，在世界范围得到广泛使用，但其梳状结构在含泥量较高的体系中，性能往往较差，或需要大幅度增减其掺量，导致成本增加。对于聚羧酸减水剂不耐泥和黏土的机理，以往文献中提出了多种假说。其中J.Plank教授对聚羧酸减水剂吸附过程的研究认为，泥类及年途中存在大量插层和空隙，导致梳状结构的的聚羧酸减水剂分子被插层和缝隙吸附消耗，从而降低了聚羧酸减水剂分子的利用率及分散性。

发明内容

本发明的其中一个目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种含硅聚羧酸减水剂。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种含硅聚聚羧酸减水剂，其特征在于，分子结构式为结构式(Ⅳ)所示：

其中：

a、b＞0，c≥0，d＞0；

M₁为有机硅单体结构，分子结构为多个通过Si-O-Si键交联的有机硅分子；

M₂为-H或-Na的其中一种或同时存在；

M₃为-H或-Na的其中一种或同时存在；

M₄为酯类单体或醚类单体中的一种或同时存在。

优选地是，其特征在于，所述M₁为有机硅单体，含有氨基。

优选地是，所述M1结构式为(Ⅱ)或(Ⅲ):

优选地是，结构式(Ⅳ)中各重复单元为嵌段分布。

本发明的另一个目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种含硅聚羧酸减水剂的制备方法。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：