聚羧酸新型高效固體減水劑的合成研究

李樹亮（勝利油田德利實(shí)業(yè)有限責(zé)任公司，山東 德州251507）

0 引言

聚羧酸減水劑憑借其綠色環(huán)保、用量少、效果佳、經(jīng)濟(jì)合理，且對(duì)混凝土強(qiáng)度、耐久性、和易性具有良好的改善作用等優(yōu)勢，已成為目前國內(nèi)外市場用量最大的混凝土外加劑。但傳統(tǒng)聚羧酸減水劑多為液態(tài)，其有效固含量多為10%～50%，這給材料的運(yùn)輸帶來極大不便，基于此，探究新型固體聚羧酸高效減水劑成為當(dāng)前公用固體減水劑研究的主要方向[1]。

目前市場上存在的聚羧酸固體減水劑，不但生產(chǎn)工藝繁瑣，而且反應(yīng)不充分、轉(zhuǎn)化率較低，致使所得產(chǎn)物有效固含量低，性能遠(yuǎn)遜色于同等摻量的液體聚羧酸減水劑，故而有必要就其制備工藝進(jìn)行再次優(yōu)化并提升其性能。本文就聚羧酸新型高效固體減水劑得合成工藝展開分析。

1 聚羧酸新型高效固體減水劑合成工藝

1.1 原材料及儀器設(shè)備

主要原材料有有異戊烯醇聚氧乙烯醚、丙稀酸、偶氮二異丁腈、過氧化苯甲酰、42.5普通硅酸鹽水泥等，均為工業(yè)級(jí)。試驗(yàn)設(shè)備有BQ80S+FZ10 型蠕動(dòng)泵、NJ-160 凈漿攪拌機(jī)、凝膠滲透色譜儀等。

1.2 聚羧酸新型高效固體減水劑合成與檢測

制備思路為：底料加定量去離子水，并在偶氮二異丁腈中混入過氧化苯甲酰材料進(jìn)行引發(fā)，然后通過戊烯醇聚氧乙烯醚與丙烯酸聚合而得。研究底料加水量、反應(yīng)溫度、引發(fā)劑投放次數(shù)及反應(yīng)時(shí)間對(duì)試驗(yàn)的影響。

合成過程中，根據(jù)實(shí)際需要取樣，依據(jù)GB/T 8077-2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》進(jìn)行水泥凈漿流動(dòng)度的檢測，分析各試驗(yàn)因素對(duì)反應(yīng)的具體影響。

最終所得產(chǎn)物，依據(jù)GB 8076-2008《混凝土外加劑》進(jìn)行混凝土性能指標(biāo)的檢測，對(duì)其實(shí)際應(yīng)用性能進(jìn)行具體評(píng)判。

2 聚羧酸新型高效固體減水劑制備質(zhì)量影響因素

2.1 底料添水

本次制備過程中，于底料中加入不同劑量的去離子水，通過水泥凈漿實(shí)驗(yàn)檢測原材料聚合反應(yīng)的速率。

在反應(yīng)物底料中加入適量水分后，水泥凈漿流動(dòng)度會(huì)有所上升，這表明于原材料中加入一定水分，能保證原材料前期分散能力，提升減水性能。底水加入量為10%時(shí)，其凈漿流動(dòng)度最突出，隨著添水量的增加，凈漿流動(dòng)度趨于平緩，即在固體減水劑紙杯中，將底水加入量控制在10%即可。

圖1 引發(fā)劑投入次數(shù)與凈漿流動(dòng)度

2.2 滴加反應(yīng)溫度因素

本實(shí)驗(yàn)引發(fā)劑材料為兩種，分別為偶氮二異丁腈與過氧化苯甲酰，將兩者質(zhì)量比設(shè)定為7:3，然后對(duì)其動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行分析（見表1）。

表1 引發(fā)劑分解動(dòng)力學(xué)參數(shù)

固體減水劑制備過程中，要確保固體減水劑的分散性能的最優(yōu)控制，需結(jié)合引發(fā)劑得分組情況進(jìn)行聚合溫度選擇。有由表可知，采用偶氮二異丁腈與過氧化苯甲酰復(fù)合引發(fā)時(shí)，需將聚合反應(yīng)溫控制在75～95℃范圍之內(nèi)，但基于兩種引發(fā)劑比例因素，需將其范圍進(jìn)行一步擴(kuò)大，本實(shí)驗(yàn)設(shè)定引發(fā)溫度范圍為65～95℃，研究發(fā)現(xiàn)，在65℃時(shí)，引發(fā)劑開始作用，此時(shí)凈漿流動(dòng)度偏低，當(dāng)溫度低達(dá)到75℃時(shí)，凈漿流動(dòng)性達(dá)到峰值，為最優(yōu)引發(fā)溫度，故可在75℃條件下進(jìn)行引發(fā)，并確保材料進(jìn)行聚合反應(yīng)。但溫度超過75℃時(shí)，凈漿流動(dòng)速度趨于平緩，并且在95℃時(shí)，凈漿流動(dòng)速度開始下降，可將其作為熟化溫度[2]。

2.3 引發(fā)劑投放次數(shù)

經(jīng)研究得知：采用一次性引發(fā)劑投放方法時(shí)，凈漿實(shí)驗(yàn)結(jié)果較差；當(dāng)投放次數(shù)達(dá)到3次時(shí)，凈漿的流動(dòng)度達(dá)到了峰值（見圖1）。持續(xù)增加投放次數(shù)時(shí)，凈漿的流動(dòng)度雖然仍有增加，然其流動(dòng)度增長幅度有限；當(dāng)投放次數(shù)超過5次時(shí)，繼續(xù)增加投放次數(shù)也并不能提高聚合產(chǎn)物的分散能力與保坍能力，基于生產(chǎn)實(shí)際，確定引發(fā)劑最佳投放次數(shù)為3次。

2.4 反應(yīng)時(shí)間

其一為小單體滴加時(shí)間；其二為熟化時(shí)間。丙烯酸小單體溶液的滴加時(shí)間是固體聚羧酸固體減水劑合成的關(guān)鍵因素之一[3]。當(dāng)?shù)渭訒r(shí)間處于1h時(shí)，不論是凈漿初始流動(dòng)度還是其變化趨勢，均處于與較小的范圍內(nèi)，這與原材料處于高濃度環(huán)境具有較大關(guān)系。受高濃度環(huán)境影響，材料粘度較大，當(dāng)?shù)渭訒r(shí)間較短且滴加速度較快時(shí)，會(huì)造成瞬間單體濃度過高。隨著時(shí)間的延長，丙烯酸滴加總量持續(xù)增多，凈漿的流動(dòng)性不斷增大，并且當(dāng)?shù)渭訒r(shí)間處于2.5h 時(shí)，凈漿的流動(dòng)度最高，這表明引發(fā)劑作用得到了最大效果發(fā)揮。

3 聚羧酸新型高效固體減水劑性能檢測

混凝土是建筑工程中使用量最大，用途最為廣泛的一種建筑材料，同時(shí)也是評(píng)價(jià)減水劑性能的重要指標(biāo)依據(jù)，對(duì)比市場液體減水劑及聚羧酸新型高效固體減水劑性能。

在用水量基本相近的情況下，制備同等級(jí)強(qiáng)度水泥時(shí)，聚羧酸新型高效固體減水劑用水量與傳統(tǒng)液體減水劑水用量基本相近，然外加劑的用量明顯較少，在減水效果基本相近時(shí)，其在坍落度、抗壓強(qiáng)度等方面具有較為突出優(yōu)勢。

4 結(jié)語

在聚羧酸新型高效固體減水劑合成過程中，需注重以下要點(diǎn)把控：其一，準(zhǔn)備充足底料后，需添加聚醚大單體質(zhì)量10%的去離子水，同時(shí)需保證聚合反應(yīng)時(shí)間控制在75℃。其二，在合成溫度管理中，需將聚合反應(yīng)溫度控制在75℃，而熟化溫度控制在95℃。其三，需按照3次投放標(biāo)準(zhǔn)投放引發(fā)劑，同時(shí)分別滴加丙烯酸及Vc水溶液，并保溫處理2h。