[发明专利]基于霍夫曼重排反应合成阳离子型聚羧酸减水剂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种混凝土用阳离子侧链型聚羧酸减水剂的技术领域，特别涉及到一种采用不饱和酰胺单体先发生霍夫曼重排反应改性异氰酸酯基团再聚合阳离子侧链并反应生成大单体而后与羧酸小单体共聚合成阳离子型聚羧酸减水剂的具体制备方法。

背景技术

聚羧酸减水剂是混凝土的重要组成部分，能够提升混凝土的工作性、强度、耐久性等，是目前世界上处于科技最前沿的一种高性能减水剂，同时因具有低掺量、高减水增强率、水泥的适应性好、分子设计多样性等特点而成为国内外研究的热点。然而，混凝土原材料对化学外加剂的应用性能有着重要影响，尤其是掺加骨料时所带入的少量粘土会对混凝土的流动性、强度、抗渗性等方面有负面影响，这些缺点已成为制约混凝土聚羧酸减水剂进一步发展的障碍。

天然优质砂石资源愈来愈紧缺，砂石含泥量已经对混凝土的工作性能造成了严重的影响，因此具有不丧失原本减水保坍功效且兼具抑制粘土副作用的聚羧酸减水剂已成为目前工程应用的迫切需求。聚羧酸减水剂的最大优点在于可以通过调换聚合单体种类、改变单体配合比以及调控分子结构官能团等方法设计出不同分子结构和性能的产品，其结构设计灵活度大、性能调控空间大。因此，聚羧酸减水剂的分子结构越来越多样性、应用越来越广泛，且朝着工作性能更好、针对性更强、复合功能性更明显、适应范围更广的方向继续推进和创新。

梳状分子结构的聚羧酸减水剂的聚醚侧链易于被负电荷粘土的层状结构所吸附，因此，考虑通过分子结构设计法将阳离子结构引入到聚羧酸减水剂的合成领域中，为加强抑制副作用效果，本发明创新性地合成了强阳离子纯侧链结构，可以大大抵抗粘土副作用，并基于霍夫曼重排反应设计合成了复合减水与抗泥双重功效的聚羧酸减水剂，可以显著节约保护优质砂石骨料资源，维持生态环境和实现可持续发展，表现出广阔的发展前景和应用价值。

专利CN 102216340A(公开日：2011年10月12日)报道了一种通过霍夫曼降解反应制备衍生自丙烯酰胺的阳离子或两性(共)聚合物的方法。该专利是以丙烯酰胺为主要原料，在水溶液中与碱金属氢氧化物和碱金属次卤酸盐通过霍夫曼降解反应，制备衍生自丙烯酰胺的阳离子或两性(共)聚合物。该产物具有非常高的经时稳定性，还具有超过30cps(在9％的浓度下，25℃下，Brookfield LV1，60rpm)、优选超过40cps的高粘度。该发明是仅有的利用的霍夫曼重排反应将丙烯酰胺官能团改性的发明专利，其主要目的是用于造纸工艺，有效充当增强剂，所用(共)聚合物必须尽可能为阳离子的形式并因此具有高降解度，同时，其在制造纸张或纸板时还可用于改善电荷保留。但是该发明仅仅是利用了霍夫曼重排反应的原理，并未对后续异氰酸酯基团进行复合接枝，也未能实现阳离子长侧链与主链阳离子的复合多重功效，在结构本质上也没有实现颠覆性的变革与创新。

专利CN 104311743A(公开日：2015年1月28日)报道了一种用于废水处理的低成本改性絮凝剂的制备方法。该发明以羟甲基淀粉为主体，通过加入硝酸铈铵作为引发剂引发丙烯酰胺单体在羟甲基淀粉表面接枝聚合，产物再与甲醛和二甲胺反应得到改性絮凝剂。该发明的优点是以来源广泛的羟甲基淀粉作为主要反应原料，成本低廉、pH值适用范围宽、絮凝性能优良，并且采用的硝酸铈铵引发剂也能够有效地利用该类型引发体系的优势。但是该发明产物作为优良絮凝剂，既不具备减水分散的能力，也不具备抑制粘土的效果，因此尽管利用了硝酸铈铵的引发体系，仍然无法应用于混凝土聚羧酸减水剂的应用领域。

专利CN104446101A(公开日：2015年3月25日)报道了一种阳离子改性的聚羧酸减水剂，是由一元不饱和羧酸及其衍生物单体、阳离子型单体、异戊烯醇聚氧乙烯醚单体和二元不饱和羧酸及其衍生物单体在引发剂和链转移剂的作用下共聚合而成。该发明产物加入到混凝土中时，能同时吸附在带正电荷和带负电荷的水泥矿物表面，体现出优越于阴离子型聚羧酸减水剂的特点，而且，该产物在水泥浆体碱性环境中分子链发生扩展，吸附形态更舒展，减水率更优异。但是该发明产物仅仅是在产物分子结构的主链中引入了阳离子型单体(而非本发明的引入聚阳离子长侧链)，尽管实现了一定的减水分散效果，然而并未获得在减水分散的同时表现出高抗泥性能等应用特征，也未能达到分子结构设计法实现聚羧酸减水剂功能化的目的。