兩性聚羧酸類(lèi)高聚物陽(yáng)離子丙烯酸酯單體DAC的制備及其性能

陳寶璠

( 1.黎明職業(yè)大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院， 福建 泉州 362000；

2.實(shí)用化工材料福建省高等學(xué)校應(yīng)用技術(shù)工程中心， 福建 泉州 362000 )

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兩性聚羧酸類(lèi)高聚物陽(yáng)離子丙烯酸酯單體DAC的制備及其性能

陳寶璠1,2

( 1.黎明職業(yè)大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院， 福建 泉州 362000；

2.實(shí)用化工材料福建省高等學(xué)校應(yīng)用技術(shù)工程中心， 福建 泉州 362000 )

摘要：以丙烯酸甲酯(MA)與2-氯乙醇(CE)為反應(yīng)原料，通過(guò)酯交換反應(yīng)制備了丙烯酸氯乙醇酯(CA)中間體，再將CA與三甲胺(TMA)水溶液反應(yīng)，合成了一種用于制備兩性聚羧酸類(lèi)高聚物的陽(yáng)離子丙烯酸酯單體(丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨，DAC).采用FTIR和1HNMR對(duì)DAC結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，并考察了n(TMA)/n(CA)、催化劑用量、阻聚劑用量、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間對(duì)CA轉(zhuǎn)化率和DAC質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響.結(jié)果顯示：最佳制備工藝條件為n(TMA)/n(CA)=1.2，催化劑用量為CA中間體質(zhì)量的4.5%，阻聚劑用量為CA中間體質(zhì)量的0.6%，反應(yīng)溫度為50 ℃，反應(yīng)時(shí)間為3 h.以DAC為陽(yáng)離子單體，與丙烯酸(AA)、聚乙二醇單甲醚丙烯酸酯(MPEGAA)通過(guò)反相乳液共聚合制得兩性聚羧酸類(lèi)高聚物，該高聚物具有優(yōu)異的保坍性和較高的早期抗壓強(qiáng)度. 兩性聚羧酸類(lèi)高聚物； 陽(yáng)離子丙烯酸酯單體； 丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨； 酯交換反應(yīng) TU528.042

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(DAC)是一種分子結(jié)構(gòu)中既帶有季銨基又帶有不飽和乙烯基等官能團(tuán)的陽(yáng)離子丙烯酸酯單體，該單體可與其他不飽和單體發(fā)生均聚、共聚等化學(xué)反應(yīng)制得各種高聚物材料，這些高聚物材料以其相對(duì)分子質(zhì)量可控、陽(yáng)離子度可調(diào)、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于日用化學(xué)品、水處理、紡織印染、纖維、塑料、造紙、橡膠、生物、醫(yī)藥以及石油和煤開(kāi)采等領(lǐng)域[1-4].目前，混凝土外加劑得到廣泛使用，其中兩性聚羧酸類(lèi)高聚物在混凝土中因具有摻量低、坍落度保持性好、早期抗壓強(qiáng)度高等優(yōu)異特點(diǎn)而備受關(guān)注，Etsuo Saka[5]和Johann Plank[6]將其劃為第4代聚羧酸系高效減水劑.陽(yáng)離子丙烯酸酯單體DAC是兩性聚羧酸類(lèi)高聚物主要合成原料之一，隨著對(duì)陽(yáng)離子丙烯酸酯單體DAC的需求與日俱增，對(duì)陽(yáng)離子丙烯酸酯單體DAC合成技術(shù)的研究也受到相關(guān)學(xué)者的重視[7-9].

通常陽(yáng)離子丙烯酸酯單體DAC的合成分2步：首先，由丙烯酸乙酯(EA)與N,N-二甲氨基乙醇(DMAE)通過(guò)酯交換反應(yīng)制得丙烯酸二甲氨基乙酯(DA)中間體；然后，再由DA中間體在水溶液中與一氯甲烷(CH3Cl)通過(guò)季銨化反應(yīng)合成陽(yáng)離子丙烯酸酯單體DAC.該方法是目前實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的主要方法，但存在著DA轉(zhuǎn)化率低、合成后期容易發(fā)生“自聚”和產(chǎn)品后處理困難等不足.鑒于此，本文以丙烯酸甲酯(MA)與氯乙醇(ClCH2CH2OH)為主要原料，通過(guò)酯交換反應(yīng)制備了丙烯酸氯乙醇酯(CA)中間體，再由該中間體在強(qiáng)堿性型陰離子交換樹(shù)脂催化劑作用下，與三甲胺(TMA)水溶液反應(yīng)合成了陽(yáng)離子丙烯酸酯單體DAC；采用FTIR和1HNMR對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，并以CA轉(zhuǎn)化率和DAC質(zhì)量分?jǐn)?shù)作為評(píng)定指標(biāo)，對(duì)其反應(yīng)條件進(jìn)行了優(yōu)化，以期為下一步研究?jī)尚跃埕人犷?lèi)高聚物的合成及其作用機(jī)理奠定基礎(chǔ).

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1　主要試劑與儀器

丙烯酸甲酯(MA)，AR，阿拉丁試劑(上海)有限公司生產(chǎn)；氯乙醇(ClCH2CH2OH)，AR，阿法埃莎(中國(guó))化學(xué)有限公司生產(chǎn)；鈦酸四異丙酯(TPT，催化劑)，CP，安徽泰昌化工有限公司生產(chǎn)；717強(qiáng)堿性型陰離子交換樹(shù)脂，AR，廊坊森納特化工有限公司生產(chǎn)；對(duì)羥基苯甲醚(MEHQ，阻聚劑)，CP，上海統(tǒng)維化工有限公司生產(chǎn)；三甲胺(TMA)水溶液，質(zhì)量濃度w(TMA)=25%，上海邁瑞爾化學(xué)技術(shù)有限公司生產(chǎn)；鉻酸鉀(K2CrO4)、硝酸銀(AgNO3)、氫氧化鈉(NaOH)，AR，斯百全化學(xué)(上海)有限公司生產(chǎn).

IRTracer-100傅里葉變換紅外光譜儀，日本Shimadzu公司生產(chǎn)；Bruker AV 400核磁共振波譜儀，瑞士Bruker公司生產(chǎn).

1.2　丙烯酸氯乙醇酯(CA)中間體的制備

CA中間體由MA和ClCH2CH2OH通過(guò)酯交換反應(yīng)制備而成.具體制備過(guò)程為：在裝有溫度計(jì)、機(jī)械攪拌器、冷凝回流器和分餾柱的四頸圓底燒瓶中，依次加入64.57 g MA、20.13 g ClCH2CH2OH、0.10 g MEHQ及1.21 g TPT，然后開(kāi)啟機(jī)械攪拌器，緩慢加熱升溫至100 ℃的同時(shí)，開(kāi)啟冷凝回流器，并維持分餾柱頂端溫度為90 ℃，以不斷蒸餾去除過(guò)量加入的MA及其與酯交換反應(yīng)產(chǎn)生的甲醇共沸物，直至不出現(xiàn)餾出物后，反應(yīng)結(jié)束，即得CA中間體粗產(chǎn)品.將所得CA中間體粗產(chǎn)品進(jìn)行沉降、減壓蒸餾，得無(wú)色透明的CA中間體細(xì)產(chǎn)品液體.該CA中間體細(xì)產(chǎn)品液體純度98.5%，收率為93.0%(以ClCH2CH2OH計(jì)算).該中間體細(xì)產(chǎn)品液體直接用于陽(yáng)離子丙烯酸酯單體(DAC)的制備.

1.3　陽(yáng)離子丙烯酸酯單體(DAC)的制備

陽(yáng)離子丙烯酸酯單體(DAC)由CA中間體溶液與TMA水溶液反應(yīng)制備而得，具體制備過(guò)程為：在裝有溫度計(jì)、機(jī)械攪拌器、冷凝回流器和分餾柱的四頸圓底燒瓶中，依次加入37.75 g CA中間體溶液、1.70 g 717強(qiáng)堿性型陰離子交換樹(shù)脂和0.23 g MEHQ，然后開(kāi)啟機(jī)械攪拌器，緩慢加熱升溫至50 ℃后，恒溫；緩慢加入56.70 g TMA水溶液，反應(yīng)3 h后，再經(jīng)過(guò)濾分離、減壓濃縮、真空干燥，得到白色透明的DAC產(chǎn)品.產(chǎn)品純度為99.0%，收率為98.0%(以TMA水溶液計(jì)算).

1.4　陽(yáng)離子丙烯酸酯單體(DAC)結(jié)構(gòu)表征及性能測(cè)試

1.4.1紅外光譜FTIR測(cè)試稱(chēng)取1.5 mg所制備的DAC干燥試樣，與150 mg KBr干燥粉末混磨壓片后，測(cè)定DAC紅外光譜圖(FTIR譜).

1.4.2核磁共振氫譜1HNMR測(cè)試稱(chēng)取5 mg所制備的DAC干燥試樣，以D2O為溶劑，在常溫下測(cè)定DAC核磁共振氫譜(1HNMR譜).

1.4.3CA轉(zhuǎn)化率的測(cè)定CA轉(zhuǎn)比率采用堿滴定法進(jìn)行測(cè)定.準(zhǔn)確稱(chēng)取試樣1.0 g，取20 mL摩爾比為1∶1的異丙醇胺(C3H9NO)-乙二醇(C2H6O2)溶劑將其溶解，滴加2~3滴w(酚酞指示劑)=0.1%的酚酞指示劑，c(NaOH)=0.01 mol/L的NaOH標(biāo)液進(jìn)行滴定，同時(shí)做反應(yīng)前實(shí)驗(yàn)，并按式(1)計(jì)算CA酸值(Kav)：

(1)

式中V為試樣滴定時(shí)NaOH標(biāo)液的消耗體積(mL)；c為NaOH標(biāo)液濃度(mol/L)；M為NaOH相對(duì)分子質(zhì)量；m為試樣質(zhì)量(g).

按式(2)計(jì)算試樣CA轉(zhuǎn)化率(δCA，%)：

(2)

其中Kav0為反應(yīng)前試樣CA酸值，Kav1為反應(yīng)后試樣CA酸值.

1.4.4DAC質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定DAC質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用AgNO3滴定法進(jìn)行測(cè)定.量取1 g DAC試樣萃取溶液，加水稀釋?zhuān)渭?~3滴w(K2CrO4)=5%的K2CrO4溶液指示劑，用c(AgNO3)=1.0 mol/L的AgNO3標(biāo)液滴定，并記錄AgNO3標(biāo)液的消耗體積.按式(3)計(jì)算DAC萃取溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)〔w(DAC)，%〕：

(3)

其中VAg表示滴定時(shí)AgNO3標(biāo)液所耗體積(mL)， cAg表示AgNO3標(biāo)液濃度(mol/L)， MDAC表示DAC相對(duì)分子質(zhì)量， mDAC表示DAC萃取溶液質(zhì)量(g).

1.4.5水泥凈漿流動(dòng)度測(cè)試以DAC為陽(yáng)離子單體通過(guò)反相乳液共聚合制備的兩性聚羧酸類(lèi)高聚物參照GB/T 8077-2012《混凝土外加劑均質(zhì)性試驗(yàn)方法》中的測(cè)試方法進(jìn)行水泥凈漿流動(dòng)度測(cè)試，其中水灰比mw/mc=0.29，兩性聚羧酸類(lèi)高聚物摻量(固含量，以占水泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì))為0.20%.

1.4.6新拌混凝土性能及混凝土抗壓強(qiáng)度比測(cè)試以DAC為陽(yáng)離子單體通過(guò)反相乳液共聚合制備的兩性聚羧酸類(lèi)高聚物按照GB 8076—2008《混凝土外加劑》規(guī)范和GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中的測(cè)試方法進(jìn)行混凝土減水率及新拌混凝土坍落度測(cè)試；參照GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中的測(cè)試方法進(jìn)行混凝土抗壓強(qiáng)度比測(cè)試.其中，兩性聚羧酸類(lèi)高聚物摻量(固含量，以占水泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì))為0.20%.

2結(jié)果與討論

2.1　DAC產(chǎn)品結(jié)構(gòu)表征

2.1.1FTIR分析圖1為DAC干燥試樣的FTIR譜.由圖1可知，DAC在1 736、1 626、1 482、1 280、1 178和953 cm-1處出現(xiàn)了特征吸收峰，其中，1 736 cm-1處是C=O特征峰，1 626 cm-1處是C=C特征峰，1 482 cm-1處為—CH2CH2特征峰，C—O特征峰出現(xiàn)在1 280、1 178 cm-1處，953 cm-1附近出現(xiàn)了—N+(CH3)3的C—N特征峰.以上說(shuō)明CA與TMA水溶液反應(yīng)完成.

圖1　DAC的FTIR譜圖

2.1.21HNMR分析以D2O為溶劑，在常溫下測(cè)定DAC干燥試樣的1HNMR譜，如圖2所示.由圖2可知，δ3.23處是與N+連接的3個(gè)—CH3上的氫原子吸收峰，δ3.78處是與N+連接的—CH2上的氫原子吸收峰，δ4.62處是與O連接的—CH2上的氫原子吸收峰，δ6.39和5.76處是CH2=CH—雙鍵上的氫原子吸收峰.由此說(shuō)明CA中間體溶液確實(shí)與TMA水溶液發(fā)生了反應(yīng).

圖2　DAC的1HNMR譜圖

2.2　DAC制備工藝優(yōu)化

2.2.1n(TMA)/n(CA)的影響固定催化劑用量為CA中間體質(zhì)量的4.5%，阻聚劑用量為CA中間體質(zhì)量的0.6%，制備反應(yīng)溫度為50 ℃，制備反應(yīng)時(shí)間為3 h，單獨(dú)改變TMA與CA摩爾比，考察不同n(TMA)/n(CA)對(duì)CA轉(zhuǎn)化率和DAC質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響，結(jié)果如圖3所示：隨著TMA用量的增加，DAC質(zhì)量分?jǐn)?shù)和CA轉(zhuǎn)化率隨之提高，當(dāng)n(TMA)/n(CA)高于1.2時(shí)，DAC質(zhì)量分?jǐn)?shù)和CA轉(zhuǎn)化率趨平穩(wěn)；再增加TMA用量時(shí)，DAC質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高幅度不大，而CA轉(zhuǎn)化率，出現(xiàn)回落趨勢(shì).所以TMA與CA的摩爾比n(TMA)/n(CA)=1.2為佳.

圖3　n(TMA)/n(CA)對(duì)CA轉(zhuǎn)化率和DAC質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

2.2.2催化劑用量的影響固定n(TMA)/n(CA)=1.2，阻聚劑用量為CA中間體質(zhì)量的0.6%，制備反應(yīng)溫度為50 ℃，制備反應(yīng)時(shí)間為3 h，單獨(dú)改變催化劑用量，考察不同催化劑用量對(duì)CA轉(zhuǎn)化率和DAC質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響，結(jié)果如圖4所示:隨著催化劑用量的增加，CA轉(zhuǎn)化率和DAC質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨之提高，說(shuō)明催化劑對(duì)CA與TMA水溶液的反應(yīng)有較好的催化效果；當(dāng)催化劑用量超過(guò)相對(duì)于CA中間體質(zhì)量的4.5%時(shí)，CA轉(zhuǎn)化率和DAC質(zhì)量分?jǐn)?shù)幾乎不再提高.綜合考慮性能和催化劑用量過(guò)大，對(duì)DAC后處理不利的因素，催化劑用量以相對(duì)于CA中間體質(zhì)量的4.5%為宜.

圖4　催化劑用量對(duì)CA轉(zhuǎn)化率和DAC質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

2.2.3阻聚劑用量的影響固定n(TMA)/n(CA)=1.2，催化劑用量為CA中間體質(zhì)量的4.5%，制備反應(yīng)溫度為50 ℃，制備反應(yīng)時(shí)間為3 h，單獨(dú)改變阻聚劑用量，考察不同阻聚劑用量對(duì)CA轉(zhuǎn)化率和DAC質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響，結(jié)果如圖5所示.

圖5　阻聚劑用量對(duì)CA轉(zhuǎn)化率和DAC質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

由圖5可知，隨著阻聚劑用量的增加，CA轉(zhuǎn)化率和DAC質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨之提高，當(dāng)阻聚劑用量超過(guò)相對(duì)于CA中間體用量的0.6%后，CA轉(zhuǎn)化率和DAC質(zhì)量分?jǐn)?shù)出現(xiàn)下降趨勢(shì).若阻聚劑用量過(guò)小，則阻聚作用不足，在制備過(guò)程中CA和DAC容易產(chǎn)生自聚物，CA轉(zhuǎn)化率和DAC質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低；若阻聚劑用量過(guò)大，不僅導(dǎo)致CA轉(zhuǎn)化率和DAC質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低，還會(huì)影響DAC產(chǎn)品的后處理：所以阻聚劑的用量以相對(duì)于CA中間體質(zhì)量的0.6%為宜.

2.2.4制備反應(yīng)溫度的影響固定n(TMA)/n(CA)=1.2，催化劑用量為CA中間體質(zhì)量的4.5%，阻聚劑用量為CA中間體質(zhì)量的0.6%，反應(yīng)時(shí)間為3 h，單獨(dú)改變制備反應(yīng)溫度，考查不同制備反應(yīng)溫度對(duì)CA轉(zhuǎn)化率和DAC質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響，結(jié)果如圖6所示.

圖6　制備反應(yīng)溫度對(duì)CA轉(zhuǎn)化率和DAC質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

由圖6可知，CA轉(zhuǎn)化率和DAC質(zhì)量分?jǐn)?shù)受制備反應(yīng)溫度影響較大.這是因?yàn)镃A本身親核反應(yīng)活性低，再引入季銨基，則需要較高的制備反應(yīng)溫度提供活化能，才能保證反應(yīng)朝正方向進(jìn)行.當(dāng)制備反應(yīng)溫度較低時(shí)，CA轉(zhuǎn)化率和DAC質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較低；隨著制備反應(yīng)溫度的升高，CA轉(zhuǎn)化率和DAC質(zhì)量分?jǐn)?shù)也隨之提高；當(dāng)制備反應(yīng)溫度超過(guò)50 ℃后，DAC質(zhì)量分?jǐn)?shù)上升趨勢(shì)不明顯而CA轉(zhuǎn)化率出現(xiàn)回落趨勢(shì).若制備反應(yīng)溫度過(guò)高，CA中間體和DAC容易產(chǎn)生自聚物，同時(shí)還會(huì)加速CA中間體揮發(fā)，降低反應(yīng)體系中CA中間體的用量，造成制備反應(yīng)不完全.綜合考慮性能和制備能耗，制備反應(yīng)溫度應(yīng)以50 ℃為宜.

2.2.5制備反應(yīng)時(shí)間的影響固定n(TMA)/n(CA)=1.2，催化劑用量為CA中間體質(zhì)量的4.5%，阻聚劑用量為CA中間體質(zhì)量的0.6%，制備反應(yīng)溫度為50 ℃，單獨(dú)改變制備反應(yīng)時(shí)間，考察不同制備反應(yīng)時(shí)間對(duì)CA轉(zhuǎn)化率和DAC質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響，結(jié)果如圖7所示.

圖7　制備反應(yīng)時(shí)間對(duì)CA轉(zhuǎn)化率和DAC質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

由圖7可知：隨著制備反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，CA轉(zhuǎn)化率和DAC質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨之提高；當(dāng)制備反應(yīng)時(shí)間超過(guò)3 h后，CA轉(zhuǎn)化率和DAC質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化不大，趨于平穩(wěn).綜合考慮性能和制備能耗，制備反應(yīng)時(shí)間以3 h為宜.

2.3　DAC產(chǎn)品活性評(píng)價(jià)

以n(TMA)/n(CA)=1.2，催化劑用量為CA中間體質(zhì)量的4.5%，阻聚劑用量為CA中間體質(zhì)量的0.6%，反應(yīng)溫度為50 ℃，反應(yīng)時(shí)間為3 h為最佳制備工藝參數(shù)制得的DAC，與AA、MPEGAA[10]大分子單體在引發(fā)劑的作用下，合成了一種兩性聚羧酸類(lèi)高聚物〔即兩性聚羧酸類(lèi)高聚物P(AA-co-DAC)/MPEGAA〕，并與以市售進(jìn)口DAC合成的兩性聚羧酸類(lèi)高聚物P(AA-co-DAC)/MPEGAA所體現(xiàn)的活性進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果如表1所示.

表1　活性比較

注：Mn為兩性聚羧酸類(lèi)高聚物P(AA-co-DAC)/MPEGAA的數(shù)均相對(duì)分子質(zhì)量.

由表1可知：自制DAC的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)84.50%，溫峰和溫峰時(shí)間分別為78 ℃和1.2 h，且用它合成的兩性聚羧酸類(lèi)高聚物P(AA-co-DAC)/MPEGAA的數(shù)均相對(duì)分子質(zhì)量Mn達(dá)52 438；而市售進(jìn)口DAC，溫峰和溫峰時(shí)間分別為87 ℃和0.8 h，用它合成的兩性聚羧酸類(lèi)高聚物P(AA-co-DAC)/MPEGAA的數(shù)均相對(duì)分子質(zhì)量Mn僅為45 245.這表明自制DAC的活性明顯好于市售進(jìn)口產(chǎn)品.

2.4　兩性聚羧酸類(lèi)高聚物性能測(cè)試

2.4.1水泥凈漿性能在水泥凈漿中添加以最佳制備工藝參數(shù)制備的兩性聚羧酸類(lèi)高聚物P(AA-co-DAC)/MPEGAA，對(duì)其性能進(jìn)行測(cè)試.結(jié)果顯示，當(dāng)兩性聚羧酸類(lèi)高聚物P(AA-co-DAC)/MPEGAA摻量(固含量，以占水泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì))為0.20%時(shí)，水泥凈漿初始流動(dòng)度達(dá)336 mm，90 min后流動(dòng)度為325 mm，凈失僅為3.27%.由此可見(jiàn)，兩性聚羧酸類(lèi)高聚物P(AA-co-DAC)/MPEGAA具有良好的分散性能和保塑性能.

2.4.2混凝土性能C50混凝土配比為m水泥∶m礦渣粉∶m粉煤灰∶m砂∶m石子=370∶65∶55∶728∶1 045(kg/m3).在C50混凝土中分別添加市售聚羧酸高效減水劑和自制兩性高聚物P(AA-co-DAC)/MPEGAA，其添加量(固含量，以占水泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì))均為0.20%，然后測(cè)定其減水率、坍落度以及抗壓強(qiáng)度比，測(cè)試結(jié)果如表2所示.

表2　混凝土性能比較

由表2可知，在摻量相同下，與市售聚羧酸高效減水劑相比，自制兩性聚羧酸類(lèi)高聚物P(AA-co-DAC)/MPEGAA具有高減水、高保坍和高早期抗壓強(qiáng)度的性能.

3結(jié)論

1) CA中間體與TMA水溶液反應(yīng)制得的陽(yáng)離子丙烯酸酯單體DAC，經(jīng)紅外光譜和核磁共振氫譜分析表明，DAC分子結(jié)構(gòu)上含有乙烯基、季銨基等特征官能團(tuán).

2)以CA轉(zhuǎn)化率和DAC質(zhì)量分?jǐn)?shù)作為評(píng)定指標(biāo)，對(duì)陽(yáng)離子丙烯酸酯單體DAC制備工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，DAC最佳制備工藝參數(shù)為：n(TMA)/n(CA)=1.2，催化劑用量為CA中間體質(zhì)量的4.5%，阻聚劑用量為CA中間體質(zhì)量的0.6%，反應(yīng)溫度為50 ℃，反應(yīng)時(shí)間為3 h.

3)以最佳制備工藝參數(shù)制得的DAC，與AA、MPEGAA大分子單體，在引發(fā)劑的作用下，合成了一種兩性聚羧酸類(lèi)高聚物，它具有低摻量、高分散、高減水、高保坍以及高早期抗壓強(qiáng)度比等性能.

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Preparation and performance of cationic acrylate monomer (DAC) for amphoteric carboxylic acid polymer

CHEN Baofan1,2

(1.CollegeofCivilEngineering,LimingVocationalUniversity,Quanzhou362000,China;

2.AppliedTechnologyEngineeringCenterofFujianProvincialHighEducationfor

PracticalChemicalMaterial,Quanzhou362000,China)

Abstract：A cationic acrylate monomer, [2-(acryloyloxy)ethyl]trimethyl ammonium chloride, DAC), used for synthetizing amphoteric carboxylic acid polymer was prepared by reaction of 2-chloroethyl acrylate (CA) intermediate and trimethylamine (TMA) aqueous solution. The 2-chloroethyl acrylate (CA) intermediate was prepared by transesterification of methyl acrylate and 2-chloroethanol. The DAC structure was identified by means of FTIR and1HNMR. The influences ofn(TMA)/n(CA), dosages of catalyst and polymerization inhibitor, reaction temperature and reaction time were investigated with the conversion rate of CA and mass fraction of DAC. The results show that the optimal technological conditions for the preparation includes:n(TMA)/n(CA) is 1.2, the dosage of catalyst is 4.5% and the dosage of polymerization inhibitor is 0.6% according to the mass of CA, the reaction temperature is 50 ℃ and the reaction time is 3 h. And the amphoteric carboxylic acid polymer was prepared by means of inverse emulsion copolymerization of DAC, acrylic acid (AA) and methoxypolyethylene glycol acrylate (MPEGAA), which has good keeping slump and high early compressive strength.

Keywords：amphoteric carboxylic acid polymer; cationic acrylate monomer; [2-(acryloyloxy)ethyl]trimethyl ammonium chloride; transesterification

文章編號(hào)：1004-4353(2015)04-0307-06

基金項(xiàng)目：福建省教育廳A類(lèi)科技計(jì)劃項(xiàng)目(JA11329，JA12412)；泉州市科技計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(2013Z47，2013Z158)

收稿日期：2015-10-27

作者簡(jiǎn)介：陳寶璠(1965—)，男，教授，研究方向?yàn)楦咝阅芑炷镣饧觿?