[发明专利]一种聚羧酸类建筑外加剂及其合成方法

说明书

本发明公开了一种聚羧酸类建筑外加剂及其合成方法，该合成方法包括如下步骤：步骤一，在反应容器中加入干燥的N‑环己烷‑γ‑胺丙基甲基二甲氧基硅烷，在5～15℃条件下缓慢匀速加入顺丁烯二酸酐，快速搅拌反应得到具有不饱和双键结构的有机硅化合物A；步骤二，将步骤一所得的化合物A和不饱和羧酸溶于有机溶剂中，加入引发剂进行自由基共聚反应，反应30～150min，蒸发有机溶剂后，即得所述聚羧酸类建筑外加剂。本发明合成了一种不含聚氧乙烯醚分子结构并且同时含有硅元素和环状结构的聚羧酸建筑外加剂，引入的环状结构为环己基，具有较好的亲水性。本发明的合成方法，反应过程均为非水溶液状态，避免了有机硅化合物硅氧基官能团的水解造成交联的问题。

技术领域

本发明涉及建筑外加剂合成领域，尤其涉及一种聚羧酸类建筑外加剂及其合成方法。

背景技术

聚羧酸类建筑外加剂又称超塑化剂(Polycarboxylate Superplasticizer)，是现代混凝土建筑工程中用量最大的外加剂，在高速铁路、超高层建筑、桥梁隧道、核能工程等领域起到不可替代的作用。

聚羧酸建筑外加剂最早由日本的花王公司在20世纪80年代发明并申请专利，是继木质磺酸盐类建筑外加剂及和萘系建筑外加剂后的第三代建筑外加剂。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。

日本于二十世纪就是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。

近年来，新型聚羧酸类建筑外加剂不断出现，在原有的聚合物分子结构中引入碳氢氧以外的元素是一种改性思路，其中，由于硅元素可以与水泥颗粒表面的硅元素通过化学键链接，大幅提升了聚羧酸分子在水泥颗粒表面的吸附牢固程度，从而提升建筑外加剂的性能；环状结构的引入可以调整聚羧酸分子的疏水性能，对聚羧酸建筑外加剂的性能构成影响。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。

现有技术中已有的研究表明，普通聚羧酸建筑外加剂的分子结构中含有聚氧乙烯醚分子结构，聚氧乙烯醚分子结构易被水泥颗粒吸附，从而在混凝土中胶凝材料水化过程中快速被消耗，需要提高聚羧酸建筑外加剂的用量或持续补充。另外，现有技术在聚羧酸建筑外加剂的分子结构引入的环状结构为苯环结构或碳氧杂环分子结构，上述两种环状结构的聚合物在水中溶解度较低，不利于应用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种聚羧酸类建筑外加剂及其合成方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

本发明第一方面提供一种聚羧酸类建筑外加剂的合成方法，包括如下步骤：

步骤一，在反应容器中加入干燥的N-环己烷-γ-胺丙基三甲氧基硅烷，在5～15℃条件下缓慢匀速加入顺丁烯二酸酐，快速搅拌，反应15～75min得到具有不饱和双键结构的有机硅化合物A；

步骤二，将步骤一所得的化合物A和不饱和羧酸溶于有机溶剂中，搅拌升温至60～90℃，加入引发剂进行自由基共聚反应，反应30～150min，蒸发有机溶剂后，即得所述聚羧酸类建筑外加剂；

其中，1000＞a＞0，3000＞b＞0。

进一步地，步骤一中，所述反应的时间为30～60min。

进一步地，步骤一中，所述N-环己烷-γ-胺丙基三甲氧基硅烷与顺丁烯二酸酐的摩尔比为1:1.1～1:2.0。