陽(yáng)離子聚羧酸減水劑的合成

黃朝尉，車文成

（1.茂名市金昌發(fā)展公司星?；S，廣東 茂名 525000；2.茂名職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 茂名 525000）

陽(yáng)離子聚羧酸減水劑的合成

黃朝尉1，車文成2

（1.茂名市金昌發(fā)展公司星海化工廠，廣東 茂名 525000；2.茂名職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 茂名 525000）

以丙烯酰胺為第三單體合成的陽(yáng)離子型聚羧酸系減水劑具有較好的抗泥性，適用于高嶺土水洗沙混凝土，最佳配比為異戊烯醇聚氧乙烯醚∶丙烯酰胺=1∶0.8，最佳合成溫度為60℃。

減水劑；混凝土；丙烯酰胺；陽(yáng)離子；水 洗沙

聚羧酸系高性能混凝土減水劑是繼木鈣和萘系減水劑后發(fā)展起來(lái)的第三代高性能混凝土減水劑，具有高減水率、高保坍、高增強(qiáng)、與水泥適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，以及超分散性和超穩(wěn)定性。目前，這類減水劑在歐美一些發(fā)達(dá)國(guó)家得到了廣泛應(yīng)用。

據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，目前大多數(shù)聚羧酸系減水劑都是陰離子型聚羧酸系減水劑，很少有陽(yáng)離子型聚羧酸系減水劑。相比 傳統(tǒng)的陰離子型聚羧酸系減水劑，陽(yáng)離子型聚羧酸系減水劑分子結(jié)構(gòu)中因引入了陽(yáng)離子基團(tuán)，將其加入到混凝土?xí)r，能同時(shí)吸附在帶正電荷和帶負(fù)電荷的水泥礦物表面，而且該類型的減水劑在水泥漿體堿性環(huán)境中分子鏈充分?jǐn)U展，因此能更充分地分散水泥顆粒。同時(shí)，由于含有陽(yáng)離子基團(tuán)，相比于陰離子型聚羧酸系減水劑，其分子更容易進(jìn)入黏土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，填充于黏土層間，從而阻止水分子的進(jìn)入，因而減少了水的消耗，也減輕了黏土的吸水膨脹，減緩了黏土對(duì)混凝土性能的破壞，所以該類型的減水劑也具有一定的抗泥性[1]。

近年來(lái)，茂名地區(qū)很多混凝土攪拌站常常會(huì)遇到含泥量超過(guò)5%的高嶺土水洗沙，這種沙子對(duì)混凝土的質(zhì)量有著較大的影響。合成具有抗泥性的高效減水劑已是建筑業(yè)的客觀要求。經(jīng)不斷探索，筆者使用丙烯酰胺作為第三單體合成的陽(yáng)離子型聚羧酸系減水劑，有很好的抗泥性，非常適合本地區(qū)高嶺土水洗沙體制備商品混凝土。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原材料

丙烯酸（AA）、丙烯酰胺（AM）、維生素C、引發(fā)劑、羥基乙醇、巰基丙烯酸（均為市售）；異戊烯醇聚氧乙烯醚（TPEG，聚合度35），水泥（P.O 42.5R）。

1.2 聚羧酸減水劑的合成

將異戊烯醇聚氧乙烯醚（TPEG）大單體350g、引發(fā)劑2.5g、羥基乙醇4g分別用去離子水配成濃度為60%的水溶液，置于裝有攪拌器、回流冷凝管及溫度計(jì)的四頸燒瓶中，升溫到55℃左右，先滴加丙烯酸37.8g、維生素C 0.55g、巰基丙烯酸1g于混合水溶液，2h滴加完成后，緩慢加丙烯酰胺（AM）若干g，完成加料后，恒溫(60±2)℃反應(yīng)1h，降溫至45℃，用濃度為30%的NaOH水溶液調(diào)節(jié)pH值至7～8，結(jié)束反應(yīng)，得到濃度約為40%的淡黃色或無(wú)色聚羧酸減水劑。

1.3 水泥凈漿測(cè)定[2]

水泥凈漿初始流動(dòng)度按GB 8077-2000《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》中測(cè)定水泥凈漿初始流動(dòng)度的方法進(jìn)行測(cè)試，W/C為0.29。

水泥凈漿流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失的測(cè)試方法：保持一定水灰比，加入一定量的聚羧酸減水劑，按GB 8077-2000《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》，每隔一定時(shí)間測(cè)試水泥凈漿的流動(dòng)度。

2 結(jié)果與討論

2.1 最佳第三單體的探索

為了找到更合適本地區(qū)高嶺土水洗沙制漿的高效聚羧酸系減水劑，筆者嘗試了以苯乙烯磺酸鈉、AM、羥乙基纖維素（AMPS）等作為第三單體，考察它們的適用性，結(jié)果見表1。由表1中數(shù)據(jù)可知，在不改變其他數(shù)據(jù)及合成工藝的情況下，引入磺酸基、胺基，減水劑的分散性能有提高，但無(wú)論是砂漿初始流動(dòng)度還是砂漿保持率，都是AM最佳，因此確認(rèn)第三單體的種類為AM。

表1 不同第三單體對(duì)生成物性能的影響

2.2 TPEG與AA最佳配比的探索

在TPEG、AA等試劑用量一定的情況下，調(diào)整AM的添加量，合成不同的聚羧酸減水劑，并在摻量均為0.2%的條件下，測(cè)試不同的合成物對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度和流動(dòng)度保持率的影響，結(jié)果見圖1、圖2。

圖1 AM的添加量對(duì)凈漿流動(dòng)度的影響

圖2 AM的添加量對(duì)流動(dòng)度保持率的影響

由圖1可知，隨著AM用量增加，水泥靜漿初始流動(dòng)度先增加而后降低，在TPEG與AM的比值為1時(shí)水泥靜漿初始流動(dòng)度達(dá)到最大。由圖2可看出，隨著AM用量增加，流動(dòng)度保持率也在增加，在TPEG與AM的比值為0.8時(shí)，流動(dòng)度保持率達(dá)到最大。這說(shuō)明，添加一定量的AM合成的聚合物可以提高水泥凈漿的流動(dòng)度和流動(dòng)度保持率。這是因?yàn)樵谄渌锪喜蛔兊那闆r下，添加AM在一定程度上增加了減水劑分子的支鏈長(zhǎng)度，同時(shí)使得減水劑具有陽(yáng)離子基團(tuán)，從而使減水劑分子能夠更好地與水泥結(jié)合，更好地包裹水泥顆粒，使得水泥漿具有更好的流動(dòng)性。因此，AM的添加量為TPEG的0.8倍為最佳配比。

2.3 最佳反應(yīng)溫度的探索

共聚反應(yīng)溫度不僅影響產(chǎn)物的相對(duì)分子質(zhì)量，還會(huì)引起一些副反應(yīng)，具體情況見表2。

表2 反應(yīng)溫度對(duì)共聚物的性能影響

由表2可知，隨著反應(yīng)溫度的升高，產(chǎn)物的顏色加深，溫度為60℃時(shí)，產(chǎn)物的顏色在反應(yīng)前后基本上沒(méi)有變化，而當(dāng)溫度為90℃時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)物的顏色為黃色并有少量沉淀生成。從產(chǎn)物對(duì)凈漿流動(dòng)度的影響可知，溫度較低時(shí)，凈漿流動(dòng)度隨著反應(yīng)溫度的升高而增加，在60℃左右時(shí)達(dá)最高，但在80℃時(shí)流動(dòng)度明顯下降。從流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失考慮，60℃左右時(shí)是保留最好的。因此共聚反應(yīng)溫度控制在60℃左右。

3 結(jié)論

1）以丙烯酰胺（AM）為第三單體合成的陽(yáng)離子聚羧酸減水劑，能夠很好地適應(yīng)高嶺土含量較高的沙體制備商品混凝土。

2）以TPEG為主原料，以AM為第三單體合成陽(yáng)離子聚羧酸減水劑的最佳配比為TPEG∶AM=1∶0.8，最佳合成溫度為60℃。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李崇智，李永德，馮乃謙.聚羧酸鹽系高性能減水劑的研制及其性能[J].混凝土與水泥制品，2002(2)：3-6.

[2] GB 8077-2000，混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法[S].

[3] 明陽(yáng)，李杰，張凱峰，等.砂含泥量對(duì)混凝土性能的影響研究[J].水泥工程，2014(5)：63-65.

[4] 王浩，逄建軍，葉冉冉，等.常溫合成聚羧酸減水劑工藝的理論研究[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

黃朝尉（1969-），男，廣東信宜人，工程師，主要從事精細(xì)化學(xué)品生產(chǎn)與研究。E-mail: h13432358335@163.com

車文成，電話：13360742325，E-mail: wenchengche@163.com

2017-02-28