摘　要：通過甲基丙烯磺酸鈉(MAS) 與丙烯酸(AA) 在一定條件下發(fā)生聚合反應(yīng)合成含有羧基(- COOM ) ，磺酸基(-SO₃M ) 的高分子主鏈MAS- AA ，然后再與一定分子量的聚乙二醇發(fā)生酯化反應(yīng)合成含有羧基(-COOM ) ，磺酸基(-SO₃M ) ，聚氧乙烯鏈(- OC₂H₄- ) 側(cè)鏈的高性能減水劑PC。該減水劑具有高減水率，通過復(fù)配減水劑摻量為0。08% (固含量) 時，凈漿流動度可達(dá)到260 mm。

 

關(guān)鍵詞：高性能減水劑PC； 　MAS- AA； 　聚合； 　酯化； 　凈漿流動度

 

 

　 聚羧酸類減水劑是繼以木鈣為代表的普通減水劑和以萘系為代表的高效減水劑之后發(fā)展起來的第三代高性能化學(xué)減水劑，其綜合性能優(yōu)異，不僅具有高減水率，而且還可以有效的抑制坍落度損失，目前有較好的應(yīng)用前景。日本首先于80 年代初開發(fā)出聚羧酸系高效減水劑，1985 年開始逐漸應(yīng)用于混凝土工程。1995 年以后，聚羧酸鹽系減水劑在日本的使用量超過了萘系減水劑。目前國內(nèi)對萘系、三聚氰胺系等高效減水劑的研究和應(yīng)用已日趨完善，不少科研機(jī)構(gòu)已開始轉(zhuǎn)向?qū)埕人嵯蹈咝阅軠p水劑的開發(fā)與研究。

 

    聚羧酸系減水劑的合成一般采用先酯化合成大分子單體聚乙二醇單丙烯酸酯，然后再與一些含有活性基團(tuán)的單體共聚，得到此類減水劑。大分子聚乙二醇單丙烯酸酯單體的合成是關(guān)鍵性問題之一，但目前聚乙二醇單丙烯酸酯的合成工藝還不成熟，直接影響了此類減水劑的工業(yè)化。通過不同以往的方法，先用含有活性基團(tuán)的單體合成高分子主鏈，之后再酯化接枝聚乙二醇側(cè)鏈。本路線對合成條件要求不高，控制難度大為降低，適合工業(yè)化生產(chǎn)。

 

 

    聚乙二醇(PEG)1000，工業(yè)級，江蘇海安石油化工廠； 丙烯酸(AA ) ： 工業(yè)級，北京東方化工廠； 甲基丙烯磺酸鈉(MAS) ： 工業(yè)級，山東星之聯(lián)化工有限公司； 引發(fā)劑和酯化催化劑均為工業(yè)級； 雙鍵濃度的測定、酯化酸值的測定所用試劑均為分析純試劑。水泥凈漿實驗所用水泥為小野田52.5 級硅酸鹽水泥、拉法基52. 5 級硅酸鹽水泥、南昌萬里青42.5級早強(qiáng)硅酸鹽水泥、華新42. 5 級硅酸鹽水泥、華新32. 5 礦渣鋼渣水泥。

 

1. 2　試驗過程

 

    將丙烯酸、引發(fā)劑緩慢滴加(1～ 1.5 h 滴完) 到溫度為(80±2)℃條件下的甲基丙烯磺酸鈉溶液中，攪拌讓其反應(yīng)7 h，生成一定分子量的主鏈MA S2AA。在制得的聚合物MA S2AA 中加入聚乙二醇與酯化催化劑，在溫度為(100±5)℃條件下攪拌讓其反應(yīng)10 h，待反應(yīng)完成后，加入適量水溶解，用氫氧化鈉中和到pH =7，得到一定濃度(30% ) 的聚羧酸系減水劑溶液。

 

    在丙烯酸與甲基丙烯磺酸鈉聚合過程中，取少量的溶液測定不飽和單體的余留濃度。

 

 

    在MAS-AA 與聚乙二醇酯化過程中通過測定單位質(zhì)量酯化反應(yīng)物消耗標(biāo)準(zhǔn)NaOH 溶液的體積來確定酯化反應(yīng)物中H+ 的濃度，從而說明酯化進(jìn)行的程度。

 

 

    稱取水泥300g，量取水87g，采用截錐圓模( _上= 36 mm ，_下= 64 mm ，h= 60 mm ) 測定摻減水劑的凈漿流動度及60min 的凈漿流動度損失。減水劑的摻入量均以固含量計算。

 

 

    樣品以丙酮與異丙醇沉淀聚合物，過濾干燥后用KBR 晶片涂膜制樣，采用PE580B 型紅外光譜儀測定。

 

    高性能減水劑的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計趨向是在高分子主鏈或側(cè)鏈上引入強(qiáng)極性基團(tuán)羧基、磺酸基、聚氧化乙烯基等。第1 步丙烯酸與甲基丙烯磺酸鈉聚合過程中最主要是合成高分子主鏈，同時引入強(qiáng)極性基團(tuán)羧基、磺酸基。共聚過程中溫度對體系達(dá)到平衡所用時間及雙鍵的平衡濃度有很大的影響。而雙鍵余留濃度越高，極性基團(tuán)的接枝率越低； 反之極性基團(tuán)的接枝率越高。如圖1 所示當(dāng)溫度為70℃時，反應(yīng)8h達(dá)到平衡，平衡時雙鍵余留濃度0。0.43 mmol/g；當(dāng)然溫度升高為80℃時，反應(yīng)7h 可以達(dá)到平衡，平衡時雙鍵余留濃度降低為0.025 mmol/g ，當(dāng)溫度升高到90℃時，反應(yīng)平衡時間大約為6h，平衡時雙鍵余留濃度仍為0.025 mmol/g； 如果溫度較低，引發(fā)劑引發(fā)效率低，反應(yīng)速度慢，達(dá)到平衡所用時間長，雙鍵余留濃度較高，聚合轉(zhuǎn)化率較低，極性基團(tuán)的接枝率亦低； 溫度過高反應(yīng)劇烈，不易控制； 綜合考慮溫度控制在80℃左右比較適合。

 

2.3　酯化溫度、時間對酯化反應(yīng)物酸值的影響

 

    第2 步酯化反應(yīng)中，聚乙二醇的OH 與MAS-AA 主鏈上的COOH 在酸性催化劑的作用下酯化脫水。在反應(yīng)中，COOH 過量，聚乙二醇的2 個OH 有可能同時酯化，導(dǎo)致減水劑分子結(jié)構(gòu)破壞。為了提高酯化率，防止雙酯的生成，應(yīng)該嚴(yán)格控制溫度和反應(yīng)時間。如圖3 所示，當(dāng)溫度80℃左右時，反應(yīng)速度較慢，反應(yīng)時間較長，12h 才能達(dá)到平衡，且平衡時H+ 濃度較高約為1.1mmol/g； 當(dāng)溫度為100℃時，10h 能達(dá)到平衡，且平衡濃度約為1.0 mmol/g；溫度為120℃反應(yīng)6 h 以后會交聯(lián)，且不溶于水，聚乙二醇形成雙酯分子量過高。綜合考慮，在100℃反應(yīng)10h 比較合適。

 

    意大利X404、萘系FDN、PC 減水劑對不同水泥的凈漿流動度見表1。