[发明专利]一种嵌段聚氨酯聚合物、其聚合物改性膨润土掺合料及其制备和应用

说明书

本发明公开一种嵌段聚氨酯聚合物、其聚合物改性膨润土掺合料及其制备方法和应用，所述嵌段聚氨酯聚合物是阳离子两亲型嵌段聚合物，由胺和二卤代烷缩合得到的特定结构的聚离子液体，与异氰酸酯封端的聚氨酯预聚体缩合得到。所述聚合物改性膨润土由所述阳离子两亲型嵌段聚合物与膨润土经水溶液插层改性制备。经插层改性，该掺合料实现了其中黏土组分的活性增强和吸附性调控和其中聚合物组分的释放控制，因而不影响混凝土工作性，并可有效提升混凝土力学性能和抗氯离子渗透性能。

技术领域

本发明涉及一种嵌段聚氨酯聚合物、其聚合物改性膨润土掺合料及其制备和应用，属于建筑材料技术领域。

技术背景

掺合料是现代混凝土材料的重要组分，在混凝土中适当引入掺合料替代水泥可以调节水化产物组成，优化微结构；而且，使用掺合料替代水泥可降低建材工业中水泥总用量，进而降低建材工业整体的碳排放。

目前常见的掺合料包括粉煤灰、矿渣、硅灰等。然而这些掺合料大多为火电、炼钢、电子工业的副产物，原材料来源有限，其产量和产能潜力相比于水泥都较低，未来有不敷使用之虞。在这种情况下，学界将目光投向了黏土。黏土在微观上为具有二维片层结构的硅铝酸盐材料，经煅烧具备火山灰活性，且相对于以上几种掺合料，储量极为丰富。然而，黏土的片层状结构也使其可与多种外加剂(尤其是聚羧酸类高性能减水剂)发生插层反应，且部分黏土(如膨润土)可吸水溶胀消耗自由水，进而对混凝土的工作性产生极大的负面影响。如何解决这一问题是黏土及其衍生材料在水泥基材料领域应用的关键问题。

目前，本领域和相关领域的研究和产业工作者已就黏土改性开展了许多研究，发现经合适的化合物插层，不但可诱导产生新特性，插层后的黏土的吸附活性也大大降低，影响工作性的问题得到极大缓解。例如，据Cesniene(Constr.Build.Mater.2018,166:59-71)报道了季铵盐型小分子表面活性剂插入蒙脱土层间后层间距明显增大，改性后蒙脱土产生了火山灰活性。但是，只加入小分子型填充物，难以像聚合物那样在水化产物之间产生桥接作用，对于力学性能的改善有限。

而聚合物方面，作为单独的混凝土改性材料，含聚合物的改性混凝土已有很长的发展历史，目前已从早期的聚合物胶乳改性发展到使用聚合物对微结构作原位调控的尝试。

但是，在混凝土中使用的水性聚合物溶液或胶乳中含大量离子性基团，在拌和阶段直接加入会对水泥水化历程产生非常显著的负面影响，进而导致力学性能问题，这一直是困扰该类材料应用的一大难题，如何控制聚合物的活性，使之随水化进程缓慢释放，是解决该问题的关键。

具有插层亲和性的黏土，提供了理想的载体环境。聚合物插层黏土之后可结合两种材料的优势，诱导黏土产生火山灰活性，减弱自由水和外加剂吸附，并实现聚合物的缓慢释放，从而解决上述问题。

目前，聚合物插层黏土在阻燃材料、汽车部件等领域已有许多专利报道。CN101979444B公开了季鏻盐离子液体柱撑改性蒙脱石的制备方法，先使用季鏻盐对蒙脱土层间进行柱撑改性后再引入塑料插层，所的材料可用于耐热、阻燃高分子材料。CN101945933B公开了遥爪聚酯-聚碳酸酯-有机粘土纳米复合材料及相关方法和制品，使用遥爪型聚酯对黏土进行改性，再将其和其他高分子材料进行复合，所的材料用于汽车部件。CN101305043B公开了纳米复合材料组合物及其制备方法，其使用含阳离子的无规弹性共聚物来改性黏土，并将其用于耐热轮胎密封材料。

而在建筑材料领域，聚合物改性黏土类材料的应用尚相对较少，上述专利公开的聚合物及其制备方法也难以适应建材领域的特殊要求。

发明内容

为解决现有混凝土掺合料难以同时兼顾分散性等工作性和力学性能的问题，本发明提供一种嵌段聚氨酯聚合物、其聚合物改性膨润土掺合料及其制备方法和应用。所述聚合物改性膨润土在不影响混凝土工作性同时，能有效提高混凝土力学和抗氯离子渗透性能。