一种新型聚羧酸高效减水剂的合成研究

余 铖

福建省建筑科学研究院建材研究所（350025）

在众多减水剂中，聚羧酸高效减水剂因具有掺量低、减水率大、不离析、不泌水、保坍性能好等优点成为国内外研究的热点[1-4]。目前的聚羧酸高效减水剂大多是采用先酯化获得具有活性的单体大分子,再和丙烯酸等单体通过溶液共聚的合成工艺[5-9]，工艺复杂，关键点控制多。本文采用工业级不饱和聚醚为聚合单体制备一种新型聚羧酸高效减水剂，方法简单，通过性能试验证明，该减水剂具有低掺量、高分散性、高减水率等特点。

1 实验原料及测试

1.1 主要原材料

烯丙醇聚氧乙烯醚（APEG），工业级；丙烯酸（AA），分析纯；甲基丙烯磺酸钠（SMAS），工业级；过硫酸铵（APS），分析纯。

1.2 制备方法

将一定量的SMAS水溶液加入到四口瓶中，加热并不断搅拌，待温度升至85℃时，开始滴加APEG、AA混合溶液和APS溶液，2～3h内滴加完成后，恒温反应1～2h，冷却至室温，用NaOH溶液将pH值调至中性，得到淡黄色聚羧酸高效减水剂。

1.3 性能测试

按照GB8077-2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》测试水泥净浆流动度。W/C比为0.29,掺量为水泥用量的0.3%。

2 结果与讨论

2.1 APEG用量对减水剂性能的影响

烯丙醇聚氧乙烯醚(APEG)是合成减水剂的主要原料。它提供的聚氧乙烯链是聚羧酸减水剂的重要官能团,是空间位阻效应的主要贡献者,对减水剂的分散性和保持分散性有很大的影响。保持单体SMAS/AA摩尔比为1:12，APS用量为单体总质量的2%，改变APEG用量，测定其净浆流动度，结果如图1，可以看出，随着APEG用量的增大，水泥净浆流动度出现先增大后减小的趋势。当APEG/AA摩尔比为1:4时，净浆流动度达到最大值301mm。分析认为，APEG主要是利用空间位阻来达到减水效果,用量增多，屏蔽作用增加，空间位阻效应得到充分发挥，减水效果增大；但用量过大，空间阻力大，不利于高分子的聚合，减水效果下降，流动度降低。

图1 APEG用量对减水剂性能的影响

2.2 SMAS用量对减水剂性能的影响

保持单体用量摩尔比APEG:AA为1:4，APS用量为单体总质量的2%，改变SMAS用量，测定其净浆流动度，结果如图2。随着SMAS的比例逐渐增大，减水剂的分散性和分散保持性能都提高，但达到一定水平后，分散保持性能迅速下降。当SMAS/AA摩尔比为1:4时，减水剂的分散性能最好。分析认为，SMAS除了提供极性很强的阴离子磺酸基以外，还因为其只有共聚活性，起着链转移剂的作用，影响减水剂的粘度与平均分子量，进而影响减水剂的性能。

图2 SMAS用量对减水剂性能的影响

2.3 APS用量对减水剂性能的影响

保持单体用量摩尔比APEG:AA:SMAS为1:4:1,改变APS用量百分比，测定其净浆流动度，结果如图3。当引发剂用量为2%时共聚物分子量比较合适，水泥净浆流动度达到最大，分散效果最好。分析认为，聚羧酸高分子共聚物的分子量可直接由引发剂的用量来控制。引发剂用量越大分子量相对越小；反之越大。通过改变引发剂过硫酸铵APS的用量可以控制其分子量在合理范围之内,使高分子共聚物的水泥净浆流动度达到最大。

2.4 反应温度对减水剂性能的影响

保持单体用量摩尔比APEG:AA:SMAS为1:4:1，APS用量为单体总质量的2%，测定其净浆流动度，结果如图4，可以看出，当反应温度为90℃时分散效果最好。分析认为，自由基聚合对温度很敏感，温度过低，引发剂引发效率低，溶剂中自由基浓度越低，反应速度慢，转化率低；温度过高，反应速度快，极易暴聚。因此选择反应温度为90℃有利于控制反应速度，提高减水剂性能。

图3 APS用量对减水剂性能的影响

图4 反应温度对减水剂性能的影响

2.5 反应时间对减水剂性能的影响

保持单体用量摩尔比APEG:AA:SMAS为1:4:1，APS用量为单体总质量的2%，反应温度为90℃，测定其净浆流动度，结果如图5，可以看出，反应时间短，高活性单体AA进行了共聚，但低活性、大位阻单体，如-S03-、APEG，在短时间内不能完全反应,初始流动度和流动度的保持性能不是很理想；当反应时间在4h及以上时，单体几乎完全反应，减水剂的分散效果较好且相差不大，因此，反应时间取4h比较合适。

图5 反应时间对减水剂性能的影响

2.6 反应时间对减水剂性能的影响

改变减水剂的掺量，测定水泥净浆初始流动度和60 min流动度，比较不同掺量下减水剂的性能，结果见图6，可以看出，在减水剂掺量较低时,水泥净浆的初始流动度较小，净浆流动度的保持性较差，随着掺量增加，水泥净浆的初始流动度也随之增大，净浆流动度的保持性也有所增强。当掺量达到0.3%时，水泥净浆的初始流动度达到最大，60min内几乎没有损失。

图6 减水剂掺量对水泥净浆流动度的影响

3 结论

1）采用以烯丙醇聚醚、丙烯酸、甲基丙烯酸磺酸钠为原料，合成聚羧酸高效减水剂的最佳工艺条件为烯丙醇聚醚:丙烯酸:甲基丙烯磺酸钠最佳摩尔配比为1:4:1；反应温度90℃；反应时间约为4h；引发剂用量为单体总质量的2%。

2）当掺量为0.3%时，水泥净浆初始流动度为320mm，60min基本不损失，表明减水剂具有掺量低、减水率高、分散性以及分散保持性好等优点。

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