聚羧酸減水劑改性研究

宋 波，魏曉宏

(1.江門職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 江門 529090；2.四川金江建材科技有限公司，四川 德陽 618300)

目前，聚羧酸減水劑的合成藝工藝是國內(nèi)外混凝土減水劑領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一，現(xiàn)有的方法主要是采用水溶液聚合工藝[1]。但水溶液聚合法的缺點(diǎn)是要求所有原料都溶于水，如果要在分子中加入親油組分就必須加乳化劑，但乳化劑的除去是個非常大的問題。

超聲波對許多化學(xué)反應(yīng)有明顯的加速作用，與傳統(tǒng)的合成方式相比，具有高效、節(jié)能、無環(huán)境污染等特點(diǎn)[2]。此外，超聲輻照能做到無皂乳液聚合。本文利用超聲輻照，在傳統(tǒng)聚羧酸合成體系中引入不溶于水的醋酸乙烯，合成了新型聚羧酸減水劑，并進(jìn)行了水泥凈漿、水泥砂漿和混凝土性能測試。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料與儀器

丙烯酸，分析純，減壓蒸餾，低溫保存?zhèn)溆?；醋酸乙烯，分析純，減壓蒸餾，低溫保存?zhèn)溆茫贿^硫酸銨(CP)，上?；瘜W(xué)試劑廠；巰基乙酸(AR)，上海化學(xué)試劑廠；烯丙基聚乙二醇大單體，上海臺界有限公司。

超聲波細(xì)胞粉碎儀，Sonic Dismembrate model 550(20kHz)，聲強(qiáng)以加到換能器上的電功率表示，本實(shí)驗(yàn)固定為350W。傅立葉紅外光譜儀，美國Nicolet公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 改性聚羧酸減水劑的合成

在裝有溫度計、攪拌器和回流冷凝管的三口燒瓶中加入計量的烯丙基聚乙二醇大單體和去離子水配成20%溶液、巰基乙酸(其用量為丙烯酸的0.5%)，將超聲波細(xì)胞粉碎儀探頭放置溶液液面下，通氮?dú)獠㈤_啟超聲波，滴加單體及引發(fā)劑過硫酸銨水溶液，滴加時間控制在60min。實(shí)驗(yàn)基本條件為單體量為烯丙基聚乙二醇大單體的10%、引發(fā)劑為單體量1.0%、反應(yīng)溫度60℃，超聲波作用180min。

另外，按傳統(tǒng)配方和工藝路線合成了不含醋酸乙烯的減水劑，以作對比。

1.2.2 紅外光譜表征

提純后的接枝共聚物碾碎，溴化鉀壓片，然后行紅外光譜分析。

1.3 性能測定

混凝土應(yīng)用試驗(yàn)、抗壓強(qiáng)度相關(guān)測試參照 GB/T50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》及GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 改性聚羧酸減水劑的IR分析

圖1 改性聚羧酸減水劑的紅外光譜圖

圖1為改性聚羧酸減水劑與傳統(tǒng)工藝聚羧酸減水劑的紅外光譜圖。從圖中可以看出，兩種減水劑分子的紅外光譜非常相似，其中1,720cm-1左右為羰基吸收峰，3430cm-1左右為羥基吸收峰，說明改性聚羧酸減水劑與傳統(tǒng)工藝聚羧酸減水劑分子主鏈基本一致。

圖2為改性聚羧酸減水劑與傳統(tǒng)工藝聚羧酸減水劑的紅外光譜圖局部放大圖。從圖中可以看出，改性聚羧酸減水劑在1,380cm-1附近出現(xiàn)甲基吸收峰，說明醋酸乙烯參與了反應(yīng)，分子主鏈中含有醋酸乙烯鏈節(jié)。

圖2 改性聚羧酸減水劑的紅外光譜局部放大圖

2.2 改性聚羧酸減水劑對水泥凈漿的影響

以水灰比為0.27研究聚羧酸系減水劑對水泥凈漿的影響如下表1所示。

表1 摻不同聚羧酸減水劑的水泥凈漿試驗(yàn)

從表1中可以看出, 改性聚羧酸減水劑和傳統(tǒng)工藝聚羧酸減水劑的初始凈漿流動度比較接近，但1小時后的凈漿流動度較高且高于初始值。其原因可能是改性聚羧酸減水劑分子主鏈上的醋酸乙烯在水泥中逐漸水解，延緩了水化過程，有利于流動度的保持。

2.2 改性聚羧酸減水劑對水泥砂漿的影響(表2)

由表 2 可以看出，隨著摻量的增加,砂漿中的減水率逐漸提高。改性聚羧酸減水劑與傳統(tǒng)工藝聚羧酸減水劑相比，其砂漿減水率和1小時砂漿流動度保持率均有所提高。這說明聚羧酸減水劑分子主鏈上的醋酸乙烯鏈節(jié)的引入改變減水劑分子的親水親油比，從而影響了減水率。

表2 摻不同聚羧酸系減水劑的水泥砂漿試驗(yàn)

2.3 改性聚羧酸減水劑對混凝土的影響(表3)

表3 改性聚羧酸減水劑的混凝土試驗(yàn)

由表3可知，聚羧酸減水劑經(jīng)醋酸乙烯改性后，減水率和28天抗壓強(qiáng)度都有所提高，但3天強(qiáng)度有所降低。其原因?yàn)楦男跃埕人釡p水劑中的醋酸乙烯經(jīng)水解后生成羥基，起到地緩凝作用，不利于短期強(qiáng)度。因?yàn)闇p水率的提高使用水量下降，從而有利于長期抗壓強(qiáng)度。

3 結(jié)論

(1)利用超聲輻照，通過在聚羧酸合成體系中加入不溶于水的醋酸乙烯，成功在分子主鏈中引入了醋酸乙烯鏈節(jié)，得到改性聚羧酸減水劑。

(2)改性聚羧酸減水劑和傳統(tǒng)工藝聚羧酸減水劑相比，在凈漿流動度、砂漿減水率、混凝土減水率和28天強(qiáng)度方面均有所提高。

[1] 潘志軍,宋 波.聚羧酸高性能減水劑合成方法進(jìn)展[J].山東化工,2017(16)：55-56.

[2] 宋 波,魏曉宏.木質(zhì)素磺酸鈉減水劑超聲輔助接枝丙烯酸改性研究[J].化學(xué)工程師.2012(11)：10-12．