阳离子聚羧酸减水剂的合成

黄朝尉，车文成

（1.茂名市金昌发展公司星海化工厂，广东 茂名 525000；2.茂名职业技术学院，广东 茂名 525000）

阳离子聚羧酸减水剂的合成

黄朝尉1，车文成2

（1.茂名市金昌发展公司星海化工厂，广东 茂名 525000；2.茂名职业技术学院，广东 茂名 525000）

以丙烯酰胺为第三单体合成的阳离子型聚羧酸系减水剂具有较好的抗泥性，适用于高岭土水洗沙混凝土，最佳配比为异戊烯醇聚氧乙烯醚∶丙烯酰胺=1∶0.8，最佳合成温度为60℃。

减水剂；混凝土；丙烯酰胺；阳离子；水 洗沙

聚羧酸系高性能混凝土减水剂是继木钙和萘系减水剂后发展起来的第三代高性能混凝土减水剂，具有高减水率、高保坍、高增强、与水泥适应性强等特点，以及超分散性和超稳定性。目前，这类减水剂在欧美一些发达国家得到了广泛应用。

据文献报道，目前大多数聚羧酸系减水剂都是阴离子型聚羧酸系减水剂，很少有阳离子型聚羧酸系减水剂。相比 传统的阴离子型聚羧酸系减水剂，阳离子型聚羧酸系减水剂分子结构中因引入了阳离子基团，将其加入到混凝土时，能同时吸附在带正电荷和带负电荷的水泥矿物表面，而且该类型的减水剂在水泥浆体碱性环境中分子链充分扩展，因此能更充分地分散水泥颗粒。同时，由于含有阳离子基团，相比于阴离子型聚羧酸系减水剂，其分子更容易进入黏土结构的内部，填充于黏土层间，从而阻止水分子的进入，因而减少了水的消耗，也减轻了黏土的吸水膨胀，减缓了黏土对混凝土性能的破坏，所以该类型的减水剂也具有一定的抗泥性[1]。

近年来，茂名地区很多混凝土搅拌站常常会遇到含泥量超过5%的高岭土水洗沙，这种沙子对混凝土的质量有着较大的影响。合成具有抗泥性的高效减水剂已是建筑业的客观要求。经不断探索，笔者使用丙烯酰胺作为第三单体合成的阳离子型聚羧酸系减水剂，有很好的抗泥性，非常适合本地区高岭土水洗沙体制备商品混凝土。

1 实验部分

1.1 原材料

丙烯酸（AA）、丙烯酰胺（AM）、维生素C、引发剂、羟基乙醇、巯基丙烯酸（均为市售）；异戊烯醇聚氧乙烯醚（TPEG，聚合度35），水泥（P.O 42.5R）。

1.2 聚羧酸减水剂的合成

将异戊烯醇聚氧乙烯醚（TPEG）大单体350g、引发剂2.5g、羟基乙醇4g分别用去离子水配成浓度为60%的水溶液，置于装有搅拌器、回流冷凝管及温度计的四颈烧瓶中，升温到55℃左右，先滴加丙烯酸37.8g、维生素C 0.55g、巯基丙烯酸1g于混合水溶液，2h滴加完成后，缓慢加丙烯酰胺（AM）若干g，完成加料后，恒温(60±2)℃反应1h，降温至45℃，用浓度为30%的NaOH水溶液调节pH值至7～8，结束反应，得到浓度约为40%的淡黄色或无色聚羧酸减水剂。

1.3 水泥净浆测定[2]

水泥净浆初始流动度按GB 8077-2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》中测定水泥净浆初始流动度的方法进行测试，W/C为0.29。

水泥净浆流动度经时损失的测试方法：保持一定水灰比，加入一定量的聚羧酸减水剂，按GB 8077-2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》，每隔一定时间测试水泥净浆的流动度。

2 结果与讨论

2.1 最佳第三单体的探索

为了找到更合适本地区高岭土水洗沙制浆的高效聚羧酸系减水剂，笔者尝试了以苯乙烯磺酸钠、AM、羟乙基纤维素（AMPS）等作为第三单体，考察它们的适用性，结果见表1。由表1中数据可知，在不改变其他数据及合成工艺的情况下，引入磺酸基、胺基，减水剂的分散性能有提高，但无论是砂浆初始流动度还是砂浆保持率，都是AM最佳，因此确认第三单体的种类为AM。

表1 不同第三单体对生成物性能的影响

2.2 TPEG与AA最佳配比的探索

在TPEG、AA等试剂用量一定的情况下，调整AM的添加量，合成不同的聚羧酸减水剂，并在掺量均为0.2%的条件下，测试不同的合成物对水泥净浆流动度和流动度保持率的影响，结果见图1、图2。

图1 AM的添加量对净浆流动度的影响

图2 AM的添加量对流动度保持率的影响

由图1可知，随着AM用量增加，水泥静浆初始流动度先增加而后降低，在TPEG与AM的比值为1时水泥静浆初始流动度达到最大。由图2可看出，随着AM用量增加，流动度保持率也在增加，在TPEG与AM的比值为0.8时，流动度保持率达到最大。这说明，添加一定量的AM合成的聚合物可以提高水泥净浆的流动度和流动度保持率。这是因为在其他物料不变的情况下，添加AM在一定程度上增加了减水剂分子的支链长度，同时使得减水剂具有阳离子基团，从而使减水剂分子能够更好地与水泥结合，更好地包裹水泥颗粒，使得水泥浆具有更好的流动性。因此，AM的添加量为TPEG的0.8倍为最佳配比。

2.3 最佳反应温度的探索

共聚反应温度不仅影响产物的相对分子质量，还会引起一些副反应，具体情况见表2。

表2 反应温度对共聚物的性能影响

由表2可知，随着反应温度的升高，产物的颜色加深，温度为60℃时，产物的颜色在反应前后基本上没有变化，而当温度为90℃时，反应产物的颜色为黄色并有少量沉淀生成。从产物对净浆流动度的影响可知，温度较低时，净浆流动度随着反应温度的升高而增加，在60℃左右时达最高，但在80℃时流动度明显下降。从流动度经时损失考虑，60℃左右时是保留最好的。因此共聚反应温度控制在60℃左右。

3 结论

1）以丙烯酰胺（AM）为第三单体合成的阳离子聚羧酸减水剂，能够很好地适应高岭土含量较高的沙体制备商品混凝土。

2）以TPEG为主原料，以AM为第三单体合成阳离子聚羧酸减水剂的最佳配比为TPEG∶AM=1∶0.8，最佳合成温度为60℃。

参考文献：

[1] 李崇智，李永德，冯乃谦.聚羧酸盐系高性能减水剂的研制及其性能[J].混凝土与水泥制品，2002(2)：3-6.

[2] GB 8077-2000，混凝土外加剂匀质性试验方法[S].

[3] 明阳，李杰，张凯峰，等.砂含泥量对混凝土性能的影响研究[J].水泥工程，2014(5)：63-65.

[4] 王浩，逄建军，叶冉冉，等.常温合成聚羧酸减水剂工艺的理论研究[J].商品混凝土，2014(5)：27-29.

Synthesis of Cationic Polycaboxylate-type Water Reducers

HUANG Chaowei1, CHE Wencheng2
(1. Maoming Jinchang Development Corporation Xinghai Chemical Factory, Maoming 525000, China; 2. Maoming Polytechnic College, Maoming 525000, China)

The cationic polycarboxylate-type water reducer which applied acrylamide (AM) as the third monomer , had better resistance to mud and was suitable for kaolin washed sand concrete. The optimum ratio was TPEG:AM=1:0.8, and the optimum synthesis temperature was 60℃.

water-reducer; concrete; acrylamide; cation; washed sand

TQ 528.042+2

A

1671-9905(2017)05-0029-03

黄朝尉（1969-），男，广东信宜人，工程师，主要从事精细化学品生产与研究。E-mail: h13432358335@163.com

车文成，电话：13360742325，E-mail: wenchengche@163.com

2017-02-28