高效減水劑的合成及其性能研究

1、聚羧酸高效減水劑的合成及其性能研究張?zhí)?丁盛 李國云弗克科技（蘇州）有限公司摘 要：通過mpeg(聚乙二醇單甲醚)、maa（甲基丙烯酸）、丙烯酰胺等單體在水溶液中，引發(fā)劑作用下進(jìn)行共聚反應(yīng)，合成一種新型聚羧酸高效減水劑。通過紅外光譜和凝膠色譜分析，研究了不同聚合度的mpeg對(duì)聚合物分子結(jié)構(gòu)，分子量大小及其性能的影響。關(guān)鍵詞：聚羧酸減水劑 分子結(jié)構(gòu) 分子量 流動(dòng)度 保坍性前言 聚羧酸高效減水劑是一種具有梳狀結(jié)構(gòu)的兩親性接枝共聚物，主要是通過不同合成單體在水溶液中由自由基引發(fā)共聚而成的高分子材料1。聚羧酸高效減水劑的發(fā)明由于從根本上改變了萘系減水劑的性能差、污染環(huán)境的問題，而得到越來越多的應(yīng)用2

2、。其結(jié)構(gòu)可以根據(jù)需要進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過改變合成單體的種類和用量、聚合工業(yè)等條件，突出減水劑不同的使用性能，如早強(qiáng)型、保坍型、緩凝型、消泡型等高效減水劑。與萘系減水劑相比，高效聚羧酸減水劑的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）高減水率：減水率可高達(dá)40%以上。由于減水率高，降低了水灰比，降低單方混凝土水用量，大大減少了混凝土中游離水含量，有效改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)，提高了混凝土的力學(xué)性能和耐久性能。（2）高保坍性：由于高保坍性，大大改善新拌混凝土的工作性能，可配制高流動(dòng)混凝土，且溫度影響不明顯；較好的緩凝作用，解決了緩凝與早強(qiáng)的矛盾，提高了施工效率。（3）水泥適應(yīng)性好：對(duì)多數(shù)廠家的普硅、礦渣硅酸鹽

3、水泥有較好的適應(yīng)性。（4）能配制高強(qiáng)度混凝土：可配制c80以上混凝土，1d抗壓強(qiáng)度可提高80%，28d抗壓強(qiáng)度可提高50%。（5）能配制大摻合料混凝土：在混凝土中摻入粉煤灰或火山灰，可減少膠凝材料水泥的用量，節(jié)約成本，而性能不會(huì)下降。（6）綠色產(chǎn)品：生產(chǎn)無污染，產(chǎn)品無毒無害。1 試驗(yàn)部分1.1 主要儀器1000ml四口燒瓶、78-1型磁力加熱攪拌器、delta320型ph計(jì)、ir200型紅外光譜分析儀、2695型waters凝膠滲透色譜儀、nj-160a行星式凈漿攪拌機(jī)、jj-5行星式膠砂攪拌機(jī)。1.2 試驗(yàn)原料mpeg：聚合度15、25、45三種；甲基丙烯酸（分析純）；丙烯酰胺（分析純）；過

4、硫酸鉀（分析純）；氫氧化鈉（分析純）；催化劑（自制）；蒸餾水1.3 合成方案在配有溫度計(jì)、攪拌裝置、冷凝管的四口燒瓶中，加入不同聚合度的mpeg、maa和催化劑，升溫到95，反應(yīng)一段時(shí)間后，分析酸值，達(dá)到要求后，降溫出料，即為a料。 在四口燒瓶中加入一定量的a料、通氮?dú)獗Ｗo(hù)，在一定溫度下分別滴加maa、丙烯酰胺和引發(fā)劑溶液，反應(yīng)結(jié)束后，保溫1小時(shí)，降至常溫，用氫氧化鈉溶液中和到ph值為78。1.4 試驗(yàn)檢測方法水泥凈漿流動(dòng)度按標(biāo)準(zhǔn)gb/t 8077-2000測定高效聚羧酸減水劑高分子的基團(tuán)狀況由紅外光譜法測定高效聚羧酸減水劑的分子量由凝膠滲透色譜法測定2 試驗(yàn)結(jié)果與分析2.1聚羧酸高效減水劑的

5、紅外分析圖1為使用聚合度為25的mpeg合成的高效減水劑的紅外光譜。結(jié)果表明：3500cm-1附近的吸收峰為n-h與oh的伸縮振動(dòng)峰；2871 cm-1附近的吸收帶較強(qiáng)為氧烷基形成締和氫鍵的伸縮振動(dòng)形成的峰；酯鍵吸收出現(xiàn)在1720 cm-1；1571 cm-1附近主要是n-h鍵面內(nèi)彎曲振動(dòng)與部分c-n鍵的伸縮振動(dòng)耦合產(chǎn)生的吸收峰；長鏈peo的特征吸收峰出現(xiàn)在1117 cm-1附近3。2.2 mpeg聚合度對(duì)聚羧酸減水劑分子量大小的影響聚醚的分子量對(duì)最終合成的聚羧酸減水劑的分子結(jié)構(gòu)有顯著的影響。從凝膠滲透色譜檢測結(jié)果中，可以發(fā)現(xiàn)，隨著聚醚的聚合度的增加，聚羧酸減水劑的分子量明顯增大，同時(shí)使用高聚

6、合度的聚醚合成出來的聚羧酸減水劑，分子量的分布范圍會(huì)變大。2.3 mpeg聚合度對(duì)聚羧酸減水劑性能的影響不同聚合度的聚醚通過酯化和聚合反應(yīng)接枝到聚羧酸減水劑分子中，其醚鍵的氧與水分子通過氫鍵作用形成溶劑化的立體保護(hù)膜，從而使聚羧酸減水劑具有分散和保塑作用4。支鏈的長短直接影響水化膜的效果，支鏈長度較小的側(cè)鏈聚醚保坍性不高，而支鏈長度較大的側(cè)鏈聚醚由于鏈的纏結(jié)使得減水劑減水率和保坍性都有所下降。如圖5所示，水泥凈漿流動(dòng)度隨著聚醚聚合度的增加先增大后減小，保塑性具有相同的變化趨勢(shì)。聚醚聚合度在25時(shí)，水泥凈漿流動(dòng)度和保塑性最好。3 結(jié)論1 紅外光譜分析表明，采用mpeg、maa、丙烯酰胺等單體在水

7、溶液中，在引發(fā)劑作用下進(jìn)行共聚反應(yīng)，合成了一種新型的聚羧酸高效減水劑。2 凝膠滲透色譜結(jié)果表明，聚醚的聚合度是影響聚羧酸減水劑分子量大小的重要因素。隨著聚醚的聚合度的增加，聚羧酸減水劑的分子量大小和分子量分布范圍呈快速增大趨勢(shì)3 水泥凈漿流動(dòng)度和保塑性試驗(yàn)表明，當(dāng)使用聚合度為25的聚醚時(shí)，所合成的聚羧酸減水劑性能最好。4參考文獻(xiàn) 付東康，等.含長聚醚側(cè)鏈基團(tuán)共聚羧酸高效減水劑的制備及其性能j.混凝土，2007 李崇智，李永德等.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）：36 現(xiàn)代近紅外光譜分析技術(shù)m.中國石化出版社.2007,1 li chong-zhi,feng nai-qian,et al. effects of polyethylene oxide chains on the performance of polycarboxylate-type water-reducersj.cement and concrete research,2005,35(5):867-873。5表格表1 不同聚合度mpeg對(duì)減水劑分子量的影響聚合度（mpeg）152545數(shù)均分子量（mn）1954982845重均分子量（mw）35671049627108分散系數(shù)（mw/ mw）1.832.1