高性能醚类聚羧酸减水剂的合成工艺研究*

2013-10-24于鹏翔邢俊涛李晓燕

河南城建学院学报 2013年3期

苏箐，于鹏翔，唐盟，邢俊涛，李晓燕

(河南城建学院化学与材料工程学院，河南平顶山 467036)

减水剂是一种重要的混凝土外加剂，是水泥混凝土必不可少的组成部分，其占外加剂总量的80%以上。减水剂的主要功能是在保持混凝土拌合物坍落度不变的情况下，减少拌合物的用水量，改善拌合物的流变性能及提高混凝土的强度等［1－3］。减水剂的发展历程可分为：以木钙为代表的第一代即普通型减水剂，以萘系为代表的第二代即高效减水剂，以聚羧酸系为代表的第三代即高性能减水剂。

目前国内的聚羧酸类减水剂主要有聚酯类减水剂、普通聚醚类、高性能聚醚类减水剂三种［4－6］。而高性能聚醚类减水剂除了具有对水泥较好的适应性、较高的减水率及良好的保坍性能等优点外，同时又具备普通聚醚类减水剂合成工艺简单、聚合浓度高等优点，在合成过程中物质化过程，工艺简单、生产周期短、产品浓度高、生产过程无废液产生，易实现工业化生产。本文采用异戊烯醇聚氧乙烯醚为大单体，制备醚类聚羧酸减水剂，并研究适宜的单体比例及聚合工艺条件。

1 实验

1.1 原材料及仪器

甲基烯丙基聚氧乙烯基醚(TPEG2400)，工业品;巯基丙酸，分析纯;甲基丙烯酸(MAA)，工业品;氢氧化钠，分析纯;过硫酸铵(APS)，分析纯;实验用水均为去离子水。

1.2 主要设备

DF-101S集热式磁力搅拌器，巩义市予华仪器有限责任公司;JJ-1型电动搅拌器，江苏省金坛市医疗仪器厂;分析天平，赛多利斯科学仪器有限公司;蠕动泵，保定申辰泵业有限公司;水泥净浆搅拌机，沧州智晟试验仪器厂。

1.3 实验步骤

在250 ml的三口烧瓶中加入一定量的TPEG-2400和去离子水，开动搅拌装置，使TPEG(甲基烯丙基聚氧乙烯基醚)充分溶解，将其置于60℃水浴中，同时分别滴加一定量的甲基丙烯酸、巯基丙酸混合溶液，及引发溶液，滴加时间为(1.5～2 h)，反应结束后，向烧瓶中加入40%(w%)NaOH调节溶液pH至中性，既得固含量为40%的产品。

1.4 水泥净浆流动度测试方法

水泥净浆流动度按 GB/T 8077－2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》进行测试，水泥采用大地PO42.5 水泥，W/C 为0.29，减水剂用量为0.2%。

2 结果与讨论

2.1 TPEG/MAA质量比对减水剂性能的影响

过硫酸铵做引发剂，其它反应条件均不改变的条件下，发生共聚反应，考察TPEG/MAA质量比对减水剂性能的影响，试验结果见表1。

表1 TPEG/MAA质量比对减水剂性能的影响

由表1可以看出，当TPEG/MAA(w%)=5∶1时，减水剂对水泥颗粒的分散性能较好，初始净浆流动度达300 mm，1 h净浆流动度为320 mm。主要原因是由于接枝共聚物中—COOH与聚氧乙烯(—OC2H4)侧链的比例适当，静电斥力和空间位阻的协同作用得到充分发挥，分子结构较合理［7］。因此，合适的TPEG/MAA质量比为5∶1。

2.2 引发剂用量对减水剂性能的影响

其它实验条件不变，改变过硫酸铵的用量，考查其对减水剂分散性能的影响。试验结果见表2。

表2 引发剂用量对减小剂性能影响

由表2可已看出，水泥净浆流动度随着引发剂用量的增大，出现先增加后减小的现象。这是因为引发剂用量不同，直接影响合成产物的分子的大小。引发剂用量过少时，TPEG2400和MAA单体不能完全反应，产物的分子量较大，容易形成絮凝;而引发剂用量过大时，聚合度低，产物的分子量较小，单个减水剂分子所带的负电基团较少，吸附与排斥性能较差。试验结果表明，当引发剂用量为1.4%时，净浆效果最好，减水剂对水泥颗粒的分散性能最好。

2.3 滴加时间对减水剂性能的影响

其它实验条件不变，改变滴加时间，考查其对减水剂分散性能的影响。试验结果见表3。

表3 滴加时间对减水剂性能的影响

由表3可以看出，当滴加时间为3～3.5 h时，减水剂对水泥颗粒的分散性能最好。滴加时间低于3 h时，活性单体MAA进行共聚，低活性、大位阻单体TPEG短时间内不能完全反应［8］，造成水泥净浆初始流动度不理想。滴加时间超过3.5 h时，减水剂的分散性能相差不大。因此，合适的滴加时间为3 ～3.5 h。