一种嵌段式有机硅缩聚物抗泥型高效减水剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种嵌段式有机硅缩聚物抗泥型高效减水剂的制备方法，将聚二甲基硅氧烷低聚物上活泼氢与乙烯基环氧乙烷双键进行加成，氨基磺酸钠与嵌段式聚二甲基硅氧烷低聚物中的环氧基发生开环反应，将磺酸基、氨基引入嵌段式聚二甲基硅氧烷低聚物上，高温脱水缩聚得含有

【技术实现步骤摘要】
一种嵌段式有机硅缩聚物抗泥型高效减水剂的制备方法


[0001]本专利技术属于混凝土化学外加剂的制备，具体涉及一种含有磺酸基、氨基的嵌段式有机硅缩聚物抗泥型高效减水剂制备方法。

技术介绍

[0002]聚羧酸型高效减水剂因具有比传统减水剂更好的分散性能，能明显改善混凝土初始流动性、流动保持性和提高混凝土力学强度，而被广泛使用在大型的建筑工程中。但是聚羧酸减水剂对骨料中夹带的泥土有很强的敏感性，骨料夹带泥土的成分主要为高岭石、伊利石、蒙脱石等粘土矿物，粘土矿物是硅氧四面体和铝氧八面体层状结构。聚羧酸高效减水剂分子易插层吸附到粘土矿物的层状结构中，导致聚羧酸高效减水剂分子对泥土的吸附量和吸附速率远大于水泥颗粒，而减小了聚羧酸高效减水剂在水泥颗粒上的吸附，降低了聚羧酸高效减水剂的减水效果和增加混凝土坍落度损失率，高含泥量的骨料还会减弱水泥与骨料界面过渡区的强度，导致混凝土长期物理力学性能和体积稳定性下降。
[0003]为解决骨料含泥量过高对聚羧酸高效减水剂的负面影响，相关研究人员使用含碳碳双键的硅烷单体与制备聚羧酸高效减水剂的甲基丙烯磺酸钠、甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯，烯丙基聚乙二醇单体进行自由基共聚反应。在聚羧酸高效减水剂疏水链段引入了硅氧烷基团，制备出硅烷改性聚羧酸高效减水剂。此种硅烷改性聚羧酸高效减水剂，在强碱性条件下在水泥颗粒表面发生硅羟基化学键合，化学键合强度高于聚羧酸高效减水剂的静电吸附。有机硅改性聚羧酸减水剂能增加减水剂分子在水泥颗粒表面的吸附和吸附驱动力，提高聚羧酸高效减水剂对水泥的分散能力。
[0004]但是硅烷单体来源有限、价格昂贵。同时，含不饱和双键硅烷反应单体本身在水中溶解度较小且具有较高的表面活化能，制备出的硅烷改性聚羧酸高效减水剂分子中有机硅烷基团所占比例较小，硅烷改性聚羧酸高效减水剂的分子量不高，难以明显改善水泥颗粒的分散效果。此外，现有制备技术中有机硅化合物易与竞聚率较高的不饱和羧酸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，制备的有机硅改性聚羧酸高效减水剂均一性差，缓凝性能不理想。最后，现有的有机硅改性聚羧酸高效减水剂其生产工艺复杂，链引发剂的使用增加了自由基反应过程的难度和不确定性。这些问题阻碍了硅基改性聚羧酸高效减水剂在现代混凝土工业中的应用。因此，开发出一种制备过程简单、抗泥效果好、缓凝型、绿色环保的硅基改性高效减水剂已成为目前研究热点。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本专利技术的目的在于提供一种含有磺酸基、氨基的嵌段式有机硅缩聚物高效减水剂的制备方法，增加嵌段式有机硅缩聚物高效减水剂分子中有机硅烷基团数量和分子量，改善抗泥型高效减水剂对水泥颗粒表面吸附、分散能力、分散稳定性和抗泥性能，提高抗泥高效减水剂均一性、缓凝性能和简化了生产过程、产品的长期储存稳定性。
[0006]技术方案：本专利技术的一种嵌段式有机硅缩聚物抗泥型高效减水剂的制备方法，包
括以下步骤：
[0007](1)将乙烯基环氧乙烷与无水乙醇溶液混合，再加入双氢基封端的聚二甲基硅氧烷低聚物，缓慢滴加二乙基锌溶液，滴加完成后反应，得两端连有环氧基团的嵌段式聚二甲基硅氧烷低聚物；
[0008](2)将两端连有环氧基团的嵌段式聚二甲基硅氧烷低聚物、氨基磺酸钠与水混合搅拌形成均一、澄清溶液，调节溶液pH值至9～10，进行开环反应，得两端连有羟基、氨基、磺酸基的嵌段式聚二甲基硅氧烷低聚物；
[0009](3)将两端连有羟基、氨基、磺酸基的嵌段式聚二甲基硅氧烷低聚物溶液快速搅拌，调节溶液pH为14～15，进行分子间脱水缩聚，制得两端含有磺酸基、氨基的嵌段式聚二甲基硅氧烷高聚物；
[0010](4)反应后期，调整体系pH为10～11，经冷却熟化，得含有磺酸基、氨基的嵌段式有机硅缩聚物抗泥型高效减水剂。
[0011]进一步的，步骤(4)的反应后期具体是在步骤(3)分子间脱水缩聚反应5～6小时后。
[0012]进一步的，所述步骤(1)中，乙烯基环氧乙烷、无水乙醇溶液、双氢基封端的聚二甲基硅氧烷低聚物和二乙基锌溶液的质量比为9.8～10：15～16：326～330：1.51～1.52；其中，二乙基锌溶液的纯度为99.5
‑
99.8％。
[0013]进一步的，所述步骤(1)中，滴加二乙基锌溶液时，保持体系温度为40～50℃，滴加时间为45～60min。
[0014]进一步的，所述步骤(1)中，滴加二乙基锌催化剂溶液后的反应温度为60～65℃，反应时间为8～10h。
[0015]进一步的，所述步骤(2)中，两端连有环氧基团的嵌段式聚二甲基硅氧烷低聚物与氨基磺酸钠的质量比为336～340：13.4～13.5。
[0016]进一步的，所述步骤(2)中，开环反应温度为75～80℃，反应时间为6～7h。
[0017]进一步的，所述步骤(3)中，分子间高温脱水缩聚的反应温度为90～95℃，反应时间为5～6h。
[0018]进一步的，所述步骤(4)中，冷却熟化时间为2～3h，冷却温度为20～25℃。
[0019]进一步的，步骤(2)、步骤(3)和步骤(4)中，利用氢氧化钠溶液调节pH，氢氧化钠溶液的质量分数浓度为20％。
[0020]进一步的，所述步骤(4)中，有机硅缩聚物抗泥型高效减水剂的重均分子量为26456～27139，pH值为11～12，固含量为23～30％。
[0021]针对目前制备硅基改性聚羧酸高效减水剂过程中，不饱和双键硅烷水溶性差、共聚反应活性较低；制备出的硅烷改性聚羧酸高效减水剂分子中有机硅烷基团所占比例小、分子量较小和均一性差；有机硅改性聚羧酸高效减水剂生产工艺复杂，生产过程易产生对周围环境和身体健康有害剧毒废气；硅基改性聚羧酸高效减水剂对水泥颗粒分散效果降低等问题。本专利技术从抗泥高效减水剂分子设计原理、硅烷化合物的反应特性出发，抛弃已有硅烷化合物主要通过自由基聚合改性聚羧酸高效减水剂的途径，使用水溶性好的硅烷低聚物作为反应单体，利用聚二甲基硅氧烷低聚物分子上的活性封端氢与带不饱键环氧乙烷中双键容易进行加成反应的特性。同时，借助于磺化氨基单体与嵌段式有机硅低聚物上环氧基
发生开环反应，在嵌段式有机硅化合物上引入羟基、氨基、磺酸基。高温条件下，含有磺酸基、氨基的嵌段式有机硅低聚物上的羟基基团发生分子间脱水缩聚反应，制得含有C
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Si键、直链型的有机硅烷改性缩聚物抗泥型高效减水剂。
[0022]本专利技术的制备过程和原理为：本专利技术使用水溶性双氢基封端的聚二甲基硅氧烷低聚物、乙烯基环氧乙烷、氨基磺酸钠作为反应单体。首先，在催化剂作用下，双氢基封端的聚二甲基硅氧烷低聚物中Si
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H键与乙烯基环氧乙烷中碳碳双键发生硅氢加成反应，得两端连有环氧基团的嵌段式聚二甲基硅氧烷低聚物。然后，在碱性条件下，氨基磺酸钠与嵌段式聚二甲基硅氧烷低聚物中环氧基团发生开环反应，得连有
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OH、NHSO3Na的嵌段式聚二甲基硅氧烷低聚物。高温下，含有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种嵌段式有机硅缩聚物抗泥型高效减水剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将乙烯基环氧乙烷与无水乙醇溶液混合，再加入双氢基封端的聚二甲基硅氧烷低聚物，缓慢滴加二乙基锌溶液，滴加完成后反应，得两端连有环氧基团的嵌段式聚二甲基硅氧烷低聚物；（2）将两端连有环氧基团的嵌段式聚二甲基硅氧烷低聚物、氨基磺酸钠与水混合搅拌形成均一、澄清溶液，调节溶液pH值至9~10，进行开环反应，得两端连有羟基、氨基、磺酸基的嵌段式聚二甲基硅氧烷低聚物；（3）将两端连有羟基、氨基、磺酸基的嵌段式聚二甲基硅氧烷低聚物溶液快速搅拌，调节溶液pH 为14~15，进行分子间脱水缩聚，制得两端含有磺酸基、氨基的嵌段式聚二甲基硅氧烷高聚物；（4）反应后期，调整体系pH为10~11，经冷却熟化，得含有磺酸基、氨基的嵌段式有机硅缩聚物抗泥型高效减水剂。2.根据权利要求1所述的一种嵌段式有机硅缩聚物抗泥型高效减水剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，乙烯基环氧乙烷、无水乙醇溶液、双氢基封端的聚二甲基硅氧烷低聚物和二乙基锌溶液的质量比为9.8~10：15~16：326~330：1.51~1.52；其中，二乙基锌溶液的纯度为99.5
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99.8%。3.根据权利要求1所述的一种嵌段式有机硅缩聚物抗泥型高效减水剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，滴加二乙基锌溶液时，保持体系温度为40~50
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C，滴加时间为45~60 min。4.根据权利要求1所述的一种嵌段式有机硅缩聚物抗泥型高效减水剂的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晖，陈达，廖迎娣，欧阳峰，徐海生，
申请(专利权)人：金陵科技学院，
类型：发明
国别省市：