一种环保型聚羧酸系高性能减水剂的研制.doc

一种环保型聚羧酸系高性能减水剂的研制具有高流动性、高强度和高耐久性的高性能混凝土已成为混凝土发展的一个重要方向，高性能混凝土要求有尽可能低的水胶比，具有超分散性的高性能减水剂已成为高性能混凝土不可缺少的一个组分。在众多高性能减水剂中，具有梳形分子结构的聚羧酸系减水剂由于其具有减水率高，混凝土坍落度经时损失小，掺量低等优点，已成为国内外外加剂研究与开发的热点。从公开报道的文献来看，聚羧酸系高效减水剂的合成方法大体上可以分为两类：第一类是活性单体直接共聚，由羧酸与聚醚先综合成具有醚键的活性大单体，再由该大单体与几种羧酸单体共聚而成。这种方法的最大缺点是合成活性大单体比较繁琐，成本较高，另外羧酸单体与活性大单体的竟聚率不同，主链分子设计较困难。第二类是聚合后功能化法，由几种单体先共聚成一定相对分子质量的高聚物，再由该高聚物与聚醚缩合成。这种方法的最大缺点是聚合阶段的溶剂在缩合阶段要全部除去，该种溶剂要与所有单体互溶，并且其沸点要高于聚合温度低于缩合温度。如选择有机溶剂，则对环境不可避免会造成污染。本文从经济性与环保的角度出发，在第二类方法的基础上，用聚醚作为羧酸单体合成反应的介质，不添加任何溶剂，合成工艺简单，所合成的减水剂集高性能与经济性及环保性于一体。一、 减水剂的合成1、 实验用原材料 丙烯酸：化学纯，上海五联化工厂；单甲基聚氧乙烯醚：自制；引发剂：分析纯，上海久意化学试剂有限公司；催化剂：化学纯，上海五联化工厂；链转移剂：化学纯，上海凌峰化学试剂有限公司；42.5普通硅酸盐水泥：四用渡日水泥厂。2、 实验方法在四口瓶中加入单甲基聚氧乙烯醚、引气剂、链转移剂，在氮气保护下滴加丙烯酸，滴加完毕在70反应2h,升温至130，加入催化剂缩合剂缩合反应5h，此过程不断除去综合而成的水分，用NaOH溶液调节pH=7，测含固量，调整直至含固量为30%，即得本文的环保型聚羧酸系高性能减水剂。二、 性能测试1、 双键含量的测定通过测定系统中的残余双键来确定丙烯酸单体的聚合度，测试方法按卤素加成法进行。2、 接枝率的测定接枝率是指主链上与端羟基聚氧乙烯基醚进行反应的羧基占总羧基含量的百分比。本文通过测定综合反应前后羧酸基团的含量来确定接枝率，羧酸基团的含量的测定按照酸值的测定方法进行。3、 固含量的测定在分析天平准确称取干燥恒重表面血空重，取10g左右减水剂置于表面中，准确称量，精确至0.001g然后在恒干燥箱中于105下烘8h至恒重，冷却后称量得固体重量，计算固含量。4、 水泥净浆流动度的测定水泥净浆流动度的测定应在加水这后，低速搅拌2min再快速搅拌2 min，以流动锥形试模测试净浆流动度。5、 减水率的测定6、 以空白组流动度达18cm时的用水量为基准水量W0 ,添加外加剂组达相同流动时的用水量为W1则减水率=（W0-W1）/W0100%。 三、 结果与讨论通过水泥净浆流动度性能试验，本文所合成的环保型聚羧酸系高性能减水剂具有超强的分散性和流动度保持性。当减水剂（固含量30%）添加量为胶凝材料的1%时，减速水率高达45%，且具有良好的流动度保持性，具体结果见表11、 正交试验设计与分析固定丙烯酸与聚醚的投料摩尔比、加料次序、聚合温度、缩合温度及物料总浓度，改变催化剂量，链转移剂量、聚合时间、综合时间，研究上述四因素对减水剂性能的影响。每个因素各取三个水平，采用正交方案，正交试验结果与分析见表2和表3。同表2和表3可见，四因素中缩合时间是影响减水率性能的关键因子，在130条件下，丙烯酸与聚醚的投料摩尔比率为3.0时，缩合时间由3h增加到5h，减水率和流动度保持性均明显提高，通过测定其接枝率可以看出，缩合3h接枝率为8%，缩合5h接枝率为26%。其次是聚合时间，随着聚合时间的增加，减水率提高，但2h以后再延长聚合时间，减水率增加有限，从测定系统残余双键来看，2h以后残余双键浓度基本无变化。在3g/摩尔单体9g/摩尔单体之间变化时，引发剂量增加，高聚物粘度降低，分子量变小，这符合自由引发聚合的一般原理，随着相对分子质量变小，减水率增大，这是由于相对分子质量太大时，大分子呈无规线团排列，活性大为降低所至。四因素中链转移剂量的改变对减水率影响最小。最优组合为A3B4C3D3,如考虑其经济性，可取A3B4C2D3。2、 分子结构对减水率性能的影响在上述正交实验结果的基础上，引发剂取9g/摩尔单位，链转移剂取2.5g/摩尔单位，聚合时间为2h，缩合时间为5h，改变羧酸与醚的投料摩尔数，研究羧基与醚键对减水率性能的影响，结果见图1。由图上可见，随着聚合物中羧基含量的增加，减水率提高，当羧酸与醚的比率为3.0时，减水率达最大值，比率继续增加，主链相对分子质量太大，分散性降低。四、 结论（1） 用聚醚作为羧酸单体聚合反应的介质，可合成一种环保型高性能减水剂。（2