聚羧酸减水剂的合成工艺及性能研究

一种新型聚醚类聚羧酸减水剂的合成工艺及性能研究摘要：采用奥克公司的新型聚醚OXAB-608和丙烯酸为聚合单体，通过水溶液自由基聚合合成了减水剂，研究了合成工艺对减水剂性能的影响规律。结果表明：当聚醚与丙烯酸摩尔比为4.5，引发剂用量为聚合单体总质量的0.5%，链转移剂用量为聚合单体用量的0.17%，反应温度为60℃时，合成的聚羧酸减水剂在掺量为水泥质量的2.0%时，减水剂效果最好。关键词：聚羧酸减水剂，丙烯酸，聚醚，自由基聚合SynthesisandPropertiesofnewpolyetherpolycarboxylatesuperplasticizerSungui-e，Fanlei，Fuyang，Zhouli-ming，Liuzhao-bin，Zhujian-min(LiaoningOxiranchem.GROUPCO.,LTD,LiaoningLiaoyang111003)Abstract:oxiranchemcorporation'snewpolyetherwithOXAB-608andacrylicacidasmonomerwassynthesizedbyaqueoussolutionradicalpolymerizationwater-reducingagenttostudythepropertiesofthesynthesisprocessonwater-reducingagentwereinvestigated.Theresultsshowedthat:Whentheetherwithacrylicacidmolarratioof4.5,triggeringagentisthetotalmassofmonomer0.5%,chaintransferagentis0.17%ofmonomeramount,thereactiontemperatureis60℃,thesynthesizedpoly-carboxylicacidwaterreducerforcementqualityintheash2.0%,thewaterreducerbestresults.Keywords:polycarboxylatewaterreducer,acrylicacid,polyether,freeradicalpolymerization1、前言高效减水剂又称超塑化剂，它的两种基本作用是使混凝土的水胶比降到最低和流动性达到最大。进入21世纪，高效减水剂应是性能更好、更能满足实际需要的高性能减水剂，除具有高效减水、改善混凝土孔结构和密实程度等作用外，还能控制混凝土的塌落度损失，更好地解决混凝土的引气、缓凝、泌水等问题1。（甲氧基）聚乙二醇单（甲基）丙烯酸酯类减水剂分散性和保塌性较好，并且水泥适应性强，被广泛应用。但是其合成工艺需要酯化和聚合两部分，生产周期长，且操作麻烦，成本高，正逐渐被醚类聚羧酸减水剂所替代。现在市场上广泛应用的醚类减水剂性能最好的产品是，使用OXAB-501聚醚结构类型合成的减水剂产品，但是合成的减水剂产品的价格也较高，本文采用辽宁奥克化学股份有限公司的新型OXAB-608聚醚为原料，合成减水剂的应用性能已达到或超过使用OXAB-501聚醚合成的减水剂产品的性能，且减水剂成本比使用OXAB-501聚醚合成的减水剂成本低，性价比更高。2、实验2.1原料及仪器本实验原料：OXAB-608聚醚（辽宁奥克化学股份公司生产），工业级；丙烯酸，工业级；引发剂A、B和链转移剂C；氢氧化钠，工业级；去离子水；基准水泥；标准砂。本实验设备：四口烧瓶，温度计，搅拌器，蠕动泵，砂浆机。2.2聚合试验方法先将一定量的OXAB-608聚醚与蒸馏水加入到烧瓶中，搅拌升温到指定温度，首先加入A的水溶液，然后用蠕动泵开始分别滴加AA水溶液与B和C的水溶液，AA水溶液滴加3～3.5h，B和C的水溶液滴加3.5～4h，保温老化1h，用30%的氢氧化钠溶液中和至ph=6-7，即得减水剂。2.3净浆评价实验水泥砂浆流动度测定方法，基准水泥P.O.42.5，水灰比0.416，减水剂掺量0.2%（固体质量与水泥质量百分比，以下同）。具体配比如下表：表1考察砂浆流动度材料配比水泥/g砂子/g水/g减水剂干剂量/g22567593.50.453、结果与讨论根据文献介绍及前期工作经验，我们以下面的工艺为基础工艺，对各影响因素进行考察。反应温度为60℃，酸醚比为4，引发剂用量为聚合单体的0.4%，链转移剂用量为聚合单体用量的0.17%。条件考察中对比标样为，市场上使用OXAB-501聚醚合成的性能优异的减水剂样品。3.1酸醚比对减水剂应用性能的影响固定其它比例不变，改变聚醚和羧酸的摩尔比。聚醚和羧酸是减水剂的主要组成部分，共同接枝到减水剂主链上，聚醚起到空间位阻效应，延长水泥粒子水化的时间，而羧酸起到吸附水泥粒子的作用，使减水剂包裹水泥粒子，从而延长水化时间。酸醚比对减水剂应用性能的影响0501001502002502.533.544.555.5标样酸醚比流动度/mm初始砂浆流动度1h砂浆流动度图1酸醚比对减水剂应用性能的影响由图1可以看出，随着酸醚比的增大，初始砂浆与1h砂浆都是先增大而后减小，当酸醚比是4.5的时候，两者值最大且要好于标样。分析认为这是由于酸醚比较小时，羧酸基团在减水剂分子主链上的比例较小，吸附水泥粒子的效果很差，使减水剂不能及时地包裹水泥粒子，导致砂浆流动度小，而当酸醚比较大时，聚醚基团在主链上的比例较小，而不能很好地起到减水的作用（即防止水泥粒子水化），所以砂浆流动度也较差，所以当酸醚摩尔比为4.5时，减水剂应用性能最佳。3.2引发剂用量对减水剂应用性能的影响固定酸醚摩尔比为4.5，改变引发剂用量。引发剂是减水剂合成中必不可少的因素，其用量大小关系着减水剂分子的分子量及主链的长度，只有合适的主链长度才能使减水剂充分发挥其作用。引发剂用量对减水剂应用性能的影响0501001502002503000.20.30.40.50.60.7标样引发剂用量/%砂浆流动度/mm初始砂浆流动度1h砂浆流动度图2引发剂用量对减水剂应用性能的影响由图2可知，初始与1h砂浆流动度都随着引发剂用量的增加呈抛物线的规律。当引发剂用量为聚合单体的0.5%时，效果最好。分析认为引发剂用量太小，聚合单体的转化率不高，造成减水剂性能差，当引发剂用量过大时，减水剂分子量较小，分子主链长度较短，不能完全包裹水泥粒子，性能也不佳。3.3链转移剂用量对减水剂应用性能的影响固定酸醚摩尔比为4.5，引发剂用量为聚合单体的0.5%，改变链转移剂用量。链转移剂可以调节减水剂分子量的大小，延长自由基的寿命，对减水剂的合成有益。链转移剂用量对减水剂应用性能的影响0501001502002503000.090.130.170.210.260.3标样链转移剂用量/%砂浆流动度/mm初始砂浆流动度1h砂浆流动度图3链转移剂用量对减水剂应用性能的影响由图3可知，当链转移剂用量为0.17%时，砂浆流动性最好。分析认为链转移剂用量太小，减水剂分子主链过长，不能很好地在水中伸展开，就不能有效地吸附水泥粒子，砂浆流动性差，用量太大，主链长度太小，不能完全包裹水泥粒子，砂浆流动性也不好。3.4反应温度对减水剂应用性能的影响固定酸醚摩尔比为4.5，引发剂用量为聚合单体的0.5%，链转移剂用量为0.17%，改变反应温度。反应温度对自由基的生成速率有影响，从而对聚合也产生影响。反应温度对减水剂应用性能的影响05010015020025030050607080标样反应温度/℃砂浆流动度/mm初始砂浆流动度1h砂浆流动度图4反应温度对减水剂应用性能的影响由图4可知，当反应温度为60℃时砂浆效果最好。分析认为温度较低时，反应速率较慢，造成聚合单体的转化率较低，砂浆流动性差，温度过高时，聚合速率太快，单位时间内产生的自由基很多，自由基浓度很大，减水剂主链长度较小，砂浆流动性也不佳。3.5不同减水剂的性能对比固定酸醚摩尔比为4.5，引发剂用量为聚合单体的0.5%，链转移剂用量为0.17%，聚合温度60℃，在此条件下合成的减水剂OXAB-608减水剂，在同一条件下与其他类型的减水剂做砂浆流动度实验。不同类型减水剂对比数据050100150200250300酯类F108OXAB-501OXAB-608不同类型减水剂砂浆流动度/mm初始砂浆流动度1h砂浆流动度图5不同类型减水剂对比实验所选取的对比减水剂均为市场上反应性能比较优异的减水剂样品。从图5数据可以看出，OXAB-608减水剂的性能要好于其他类型的减水剂产品的性能，具有很好的市场竞争力。4、结论（1）奥克公司的OXAB-608聚醚合成的减水剂最佳工艺为:酸醚摩尔比为4.5，引发剂用量为聚合单体的0.5%，链转移剂用量为0.17%，聚合温度为60℃，反应时间为4.5~5h。（2）实验结果表明：OXAB-608聚醚合成的减水剂具有优异的性能，减水剂固体掺量为0.2%，水泥砂浆流动度达到240mm，1h之后的砂浆流动度达到230mm，经时损失小。（3）OXAB-608聚醚合成的减水剂性能已经达到或超过其他类型的减水剂产品性能，具有很有市场竞争力。参考文献1李崇智,李永德,冯乃谦.聚羧酸减水剂的合成工艺研究J.混凝土,2001(5)3-6.2李崇智,冯乃谦,李永德.一种新型聚梭酸系高性能减水剂的作用机理及其应用J.化学建材，2002，30-33．