聚羧酸系減水劑的合成及性能研究

張建鋼(上虞吉龍化學(xué)建材有限公司,浙江 紹興 312368)

1 聚羧酸系減水劑的合成

1.1 試驗(yàn)儀器與合成原材料

試驗(yàn)所用儀器有四口燒瓶、冷凝回流管、恒溫磁力攪拌器、氮?dú)馄?、溫度?jì)。

合成用原材料有甲基丙烯酸（化學(xué)純）、自制聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯、過(guò)硫酸銨（化學(xué)純）、去離子水、甲基丙烯?；撬徕c（化學(xué)純）。

1.2 合成方法

聚羧酸系減水劑的合成采用的是水溶液聚合法，具體過(guò)程為先將甲基丙烯酸與酯化大單體聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯進(jìn)行混合，根據(jù)濃度要求調(diào)配成需要的水溶液，再把引發(fā)劑調(diào)配成所需規(guī)格的水溶液，然后把甲基丙烯?；撬徕c與適量蒸餾水相融合，溶解后將其倒入四口燒瓶?jī)?nèi)，再通入氮?dú)?，啟?dòng)攪拌器。等到溶液溫度升高到85℃之后，分別滴加引發(fā)劑水溶液與單體混合水溶液，保持勻速滴加并在2—3小時(shí)內(nèi)完成。隨后保持恒溫狀態(tài)，每1小時(shí)對(duì)體系中沒(méi)有發(fā)生反應(yīng)的雙鍵含量進(jìn)行測(cè)試，如果未出現(xiàn)明顯變化，則表示反應(yīng)過(guò)程結(jié)束。將反應(yīng)物冷卻恢復(fù)室溫，使用適當(dāng)濃度的氫氧化鈉溶液將反應(yīng)物的PH值調(diào)和到7左右，最終得到的物質(zhì)就是聚羧酸系減水劑。

2 聚羧酸系減水劑的性能研究

2.1 反應(yīng)濃度對(duì)聚羧酸系減水劑性能的影響

聚合反應(yīng)過(guò)程中溶液的濃度會(huì)對(duì)減水劑相對(duì)分子質(zhì)量與分子結(jié)構(gòu)、單體轉(zhuǎn)化率產(chǎn)生重要的影響。而反應(yīng)濃度則會(huì)對(duì)聚合產(chǎn)物的最終聚合度、聚合反應(yīng)速率產(chǎn)生巨大影響，由于反應(yīng)濃度與引發(fā)劑濃度及單體濃度之間存在直接關(guān)系，在單體濃度提高的同時(shí)，聚合度與聚合反應(yīng)速率也會(huì)相應(yīng)提高，且減水劑動(dòng)力學(xué)鏈長(zhǎng)同單體濃度分子之間呈正相關(guān)關(guān)系，同引發(fā)劑濃度平方根呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；如果聚合反應(yīng)濃度過(guò)高，那么減水劑的相對(duì)分子質(zhì)量就會(huì)過(guò)大，造成反應(yīng)的控制難度增加，如果濃度過(guò)低，則會(huì)造成單體轉(zhuǎn)化率的減低。

2.2 加料方式對(duì)聚羧酸系減水劑性能的影響

圖1：不同加料方式的未反應(yīng)雙鍵含量

該處主要對(duì)共聚單體溶液與引發(fā)劑溶液一次性投入法、共聚單體溶液與引發(fā)劑溶液分別滴加、共聚單體溶液與引發(fā)劑溶液混合滴加這三種加料方式對(duì)聚羧酸系減水劑性能所產(chǎn)生影響進(jìn)行比較。不同加料方式，對(duì)減水劑分散性與未反應(yīng)雙鍵含量造成的影響如圖1,2所示。

圖2：不同加料方式的初始流動(dòng)度

由圖1,2分析可知，共聚單體溶液與引發(fā)劑溶液一次性投入法的未反應(yīng)雙鍵含量最大，該加料方式所制出的聚羧酸系減水劑所具有的分散性最差，而共聚單體溶液與引發(fā)劑溶液分別滴加的未反應(yīng)雙鍵含量最大，該加料方式所制出的聚羧酸系減水劑所具有的分散性最好。出現(xiàn)該結(jié)果的原因在于如果共聚單體溶液與引發(fā)劑溶液一次性投入，那么活性相對(duì)比較大的甲基丙烯酸受引發(fā)劑的影響會(huì)在較短時(shí)間內(nèi)發(fā)生自聚反應(yīng)，但是活性相對(duì)比較小的大單體則會(huì)殘留于反應(yīng)體系當(dāng)中，聚羧酸系減水劑分子結(jié)構(gòu)中存在的官能團(tuán)比例同原料之間的配比出現(xiàn)嚴(yán)重偏離，并且相對(duì)分子質(zhì)量的具體分布也相對(duì)不集中；此外，引發(fā)劑濃度對(duì)單體分子質(zhì)量與反應(yīng)速率形成的影響比較大，在引發(fā)劑一次性加入的情況下，自由基濃度超過(guò)正常標(biāo)準(zhǔn)，造成反應(yīng)速率增加，減水劑相對(duì)分子質(zhì)量低于正常水平，當(dāng)反應(yīng)至后期時(shí)，體系中自由基濃度會(huì)相對(duì)降低，從而無(wú)法發(fā)生單體聚合。但是連續(xù)滴加引發(fā)劑則能在反應(yīng)過(guò)程中保持恒定的反應(yīng)劑濃度，使減水劑相對(duì)分子質(zhì)量能夠均勻分布。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)水溶液聚合法，把甲基丙烯酸、自制聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯、過(guò)硫酸銨與甲基丙烯?；撬徕c聚合成為聚羧酸系減水劑，當(dāng)聚合溶液反應(yīng)濃度為40%時(shí)最佳，加料方式采用共聚單體溶液與引發(fā)劑溶液分別滴加時(shí)，所制出的聚羧酸系減水劑的分散性最好。

[1]易聰華,黃欣,張智,楊東杰.聚羧酸減水劑的合成及其分散性能[J].精細(xì)化工.2011(07).

[2]蘇瑜,龐浩,蔣冰艷,王斌,廖兵.聚羧酸系混凝土減水劑的研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)[J].現(xiàn)代化工.2011(04).