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一种高性能聚羧酸减水剂的合成研究_图文


一 种 高性 能聚 梭酸减水 剂 的 合 成研 究
王太 山
1 ( 西 安 长 泰 交 通 科 技有 限 公 司
.

温 宏平
,



吕长 亮
;

2

宋 家乐
,

西安 7 0 4 1 3

2

.

长 安大 学 材 料 科学 与 工 程学 院

西安

7 10 0 6 4 )

〔 要 〕 高分 子 共 聚有 多种 方法 摘
以制 得所 需 要 的分 子 量


,

本试验 采用 了 水 溶液 聚 合



通 过水 溶液 中 自由基 聚合反应 可


分 子 结 构 的 接 枝共 聚梭 酸高 分 子 聚 合 物
,

试 验 中 高 分散 性聚 梭酸 减

水 剂 的合 成

,

主 要 是通 过 带 侧 链 的 烯类 单 体 和 不 饱 和 狡 酸


在 引 发 剂 作用 下 共 聚 得到 侧链 接

枝 的梳 型 共 聚 物

〔 关键 字〕 聚梭 酸 减水 剂

;

合 成工 艺

;

净浆 流 动性

;

砂浆 流 动 度

混 凝 土 掺用 外 加 剂 的 历 史 由 来 己 久

,

例 如动 物 血
,



蛋青



桐油



糯米 汁 等

,

早 在 我 国秦
,

长 城和 古 罗马 时期 兴 修 的 建 筑 物 里 就 得 到 使 用

只 是 到 了近 年 才 搞 清 楚 一 些 它 们 的 机 理




如 血 色 素 是一 种 胶 凝 材 料颗 粒 的 分 散剂

,

] l 掺动 物 血 等 于 掺 用 了 减 水剂 [


聚梭 酸系 减 水 剂 是 新 型 的 高效 减水剂

,

由 于 其 高 分 散性 能
,



保 坍性 好



保 持流 动 性 性 能
,

分子 结构 上 自 由 度 大
,

,

合 成 技 术上 可 控 制 的参数 多

高 性 能化 的 潜 力 大
,

对 环 境 不造 成

污染

与 水泥 和 其他 种类 的 混 凝 土 外 加 剂相 容 性好 等 优 点
2


将 成 为 本世 纪 混 凝 土 减 水 剂 的主

导产 品 [ ]

本 文选择 首 先 将 丙 烯酸 与 改 性聚醚
合 成 了 具有 较 好 分 散性 的聚 梭 酸减水 剂
,

T PE G

在水 溶 液进 行 自 由基聚 合

,

确 定 最佳 酸醇 比


,

并对 该减水 剂的 合 成 工 艺 进 行 了 初步研 究


1
.



实验 部 分
T PE G 2 4 0 0


试 验 原 材料
丙烯 酸
,

烯 丙 基 大 分 子 单体
42 5 .

,

工业 品;

引发 剂硫 代硫 酸钠

;

链 转移 剂 M E T

,

分析 纯
2
.

;

冀东 R O

普通 硅 酸 盐 水 泥

合成 工 艺
在 三 口 烧瓶 中放 入 己 计量 的 底 水
,

开 动 搅拌 器

,

缓 慢加 入 已 称 量 好 的 固体大 单 体


,

并使

水 浴升 温 至

50 C o

,

待 固 体 大单 体 全 部 溶解 后 升 温 至 指 定 温 度


通 过 恒 压 滴液 漏 斗 分 别 同 时 向
,

烧瓶 内缓 慢 滴加 丙 烯 酸 水 溶 液
反 应 结 束后
,

引 发 体 系 水 溶液
30%N

,

滴加 完毕 后
,

在 指 定温 度保 温 若 干 小 时
,



o 降温 至 4 0
,

C


,

缓慢 加入

o a

H

水溶 液

调节 产 物 p H 值 至 中 性

并加水 稀释

至 固含 量 为 2 0 %
3
.

出料

性 能测 试
参照
G B / 8 0 7 7 一 2 0 0 0 《 凝 土 外加 剂 匀质 性 试 验 方 法 》 测 试水 泥净 浆 流动 度 T 混
, ,

水泥 净 浆
,

流 动 度延 时 损 失

水泥 砂 浆 流 动 度 以



净浆 试验 中

:

基 准 水泥 3 0 0 9

,

用 水 量 为 17 5 时 9

其流

动度 为 2 0 m 为
1 8 om m

.

m

;

砂 浆 试验 中

:

标准 水 泥

4509

,

5 1 0 砂 子 13 5 0 9
.

,

用水 量 为 2 2 5 9 时

,

其流 动 度

减 水 剂 掺量 ( 固体 含量 计)为水 泥 总 质 量 0 巧 % 按




1
.

结 果 与 讨论
在 自 由 基 聚合 反应 中
,

引 发 剂 用 量 对 水 泥 净 浆流 动 度 及 延 时 损 失 的 影 响
引发 剂 的 用量 不 仅 影 响 自由基 聚合 反应 速 率 和 分 子 量
, ,

引发 剂用
;

量过 低

,

当 引发 剂 用 量 很 少 时

聚合 不 能 正 常进 行
,

,

单体 反应 不 完全


,

则单体 的 转 化 率就低
,

引 发 剂 用 量 过低 会 造成 分 子 量变 大 自 由基 数 目 增 多
量再增 大
, ,

体系 粘度 增 高
,

用 量 增大
,

,

引发 剂 浓 度 增 加

初期 形 成
,

粒子 碰 撞 几 率增 多
,

导 致粒 径 变 大
,

转化 率 增 大但 增 大 到 一 定 的 时 候
,



转 化 率变 化 不 大

当 引 发 剂 用 量过 大 时
,

引 发剂 浓 度 增 大 时
,

自 由基 增 长速 率增
终 止 速 率亦 增 大
,



,

会造 成 反 应 体系 中 瞬 时 颗 粒 过 于 集 中
,

从 而 引起 集 聚
,

稳 定性 变 差
,

,

所以

随 着 引 发剂 用 量 增 加

,

聚 合 反 应 速 率 加快
,

反 应 充分

但 由 于 聚 合 物 的 数 均相对 分 子
,

质 量 与 引发 剂浓 度 的 平方 根 的 倒 数成 正 比 低
,

因 而 随 着 引发 剂 用量 的 增 加 因 此 为 了 获得 优 异 的 产 品
,

导 致 产物 分 子 量 降

降低 了 聚合 产 物 的 对 水 泥 的 分散 性 能


,

必 须 使 用 合 适 的 引发


] s 剂 用量 [

引 发 剂 用 量 对 流 动 度 的影 响见表 1 (表 中 引 发剂 用 量 依 次增大 )
l

由表 时
,

l

可 以看 出

,

当引发 剂用 量 从 B

增至

BZ



,

流 动 度 大幅 提 高

;

当引 发剂 用 量 超 过

BZ

流 动 度 增 幅变





表 1 不同引发剂用量对 流 动性 的影 响

引 发 剂用 量
B 1
B2 B3 B4

冀 东 (g )
300 300 300 3 00 30 0

水 (g )
81 8l 8l 8l 8 l
,

外 加 剂 掺 量 (% )
1 5
.

8 19

水 流 动 度 (m
2 10 2 60
2 60 26 5 25 5

m )

1 5
.

1 5
.

1 5
.

B5

15
.

为 了 进 一 步 确 定 引发 的 剂 用 量
下表 2 所 示 和 50m m
;


以 下 是 从 B Z 到 B S 流动 度 延 时损 失 的 实 验 结 果
lh
,

,

结果 如


从 结 果 可 以看 出 经 过
Zh
,

,

BZ BS



体 系 流动 度 分 别 降低 了 4 0
20m m


m m



10 m m m
,


5 m m

经过
BZ

BZ BS



体 系 流动 度分 别 又 降低 了
,

25 m m



2 0m m

和 2 5m

当引 发

剂 的用量 为

时 其 延 时 损 失 比较 小

当引发剂 的用 量 为 B 3 时其 延 时 损 失 比较 大


当 引 发剂

的用 量为 B 4 和 B S 时 其 延 时 损 失 非 常接 近

2

不 同 引发 剂 用 量 对 水 泥 的延 时损 失
lh

引 发 剂用 量
B 2 B3 B4 B5

初 始 (m
2 60

m )

后 (m m )
220
16 0 2 10

1 sh
.

后 (m
2 15 5
14 0

m )

Zh

后 (m m )
200 13 5 19 0 180

26 0
26 5

205 2 00

255

2 05

2

.

引 发 剂 用 量 对 水 泥 砂 浆 的工 作 性 影 响
在 水 泥 砂 浆试 验 中
,

分 别 掺 入 不 同 引 发剂 用 量的聚 竣酸 减 水 剂

BZ



B4



BS

,

掺 量为

水 泥质 量 的

15%
.

,

同 时 做 基 准 试验
m

,

试 验 结果 见 表

3



当外加 剂掺 量 为
4 . %
.

1 5%

,

用 水 量 为 17 0 9
,

,

其流 动 度 在 巧 sm
从 BZ 增至
B4
,

9 至 1 Om

m

之间

,

减水 率为 约 为 2 4

从表
,

3

可 以看 出

当 引发 剂 用 量
B4

时 水 泥 砂 浆 的流 动 度 从 19 m m 降 至 15 0


m m
,

当 引 发 剂用 量 从

增至

BS




,

流 动 度 略 有 提高

因此

,

综合 水 泥 净 浆和 水 泥 砂 浆 试验

BZ

是 较 为合 适 的 引 发剂 用 量

表 3 不 同引发剂用 量对 砂浆 流动 度 的影 响

不 同外

外 加 剂用 量
(% )
0 1 5
.

水 泥用量 量
(g )
450
4 50
4 50

5 1 0

砂 子用 量
(g )
13 5 0 13 5 0
13 5 0 13 5 0

水 的用量 量
(g )
22 5 17 0 17 0
17 0

冀 东水 泥 流 动 度
(m m )
18 0 19 0
15 5 17 0

加剂 基准
B2 B 4
B5

1 5
.

15
.

45 0

3

.

不 同 丙 烯 酸 用 量 对 水 泥 净桨 流 动 度 的 影 响
分 子 量 及 其 分 布 是 减水 剂 合 成 中 必 须控 制 的 一 个 重 要 参数
,

分 子 量太 小

,

分 子量 偏 短

,

影 响 保水 性 不变
,

,

泌 水 ; 分 子量 太 大
,

,

则 会 发 生 搭 桥效 应

,

絮凝

,

影 响 分 散效 果



固定其 他 因 素


改 变 丙 烯酸 的用 量

合 成 的 减 水 剂 分 子 量不 同
1 5
,



通过 净浆 试 验 对 其效 果 进 行 评 价



4 试 其对 水泥 净 浆 的流动 度[

结果 见 表

4



从表

4

可 以看 出
,

,

随着 丙 烯 酸用 量 从 A

l 增至 A Z



,

净 浆 初 始流 动 度 大 幅 提高

;

当丙 烯
,

酸 的 用量 超过 A Z 时 在 一 定 程 度上 增加 丙 烯酸 的用 量 有利 于 减 水 剂分 子 在水 泥 颗 粒表 面 瞄 固 从 而 使初 始 净浆 流 动 度 增 加 离
,


但 当 丙 烯 酸 用 量 继 续增加 时
,

,

同 时 也 增加 了 大 分 子 链 之 间 的距
,

使 减水 剂 分 子 的 空 间 位 阻 效 应 降低
,

因 此 继 续增加 丙 烯 酸 的 用 量


减水 剂 的初 始 净 浆流

动 度会 随之 降低

因此

,

确 定 最 佳 丙烯 酸 用 量为 A Z
表4

不 同丙 烯酸用量 对 流 动性 的影响

AA

用量

基准 42

.

5 (g )

外加 剂 掺量 (% )
0
1 5
.

用水 量 (g )
185

流 动 度 (m m )
23 0 235 270 270 2 60 2 55

空白
A l

300 300
300

8l 81 8 l 8l 8l

A2 A3 A4
A5 A6

1 5

.

3 00 30 0
30 0 300

1 5
.

15
.

15
.

15
.

8l

230

4

.

不 同 丙 烯 酸 用 量 对 水 泥 砂 浆 的工 作 性 影 响
在 水 泥 砂 浆试 验 中
,

分 别 使用 不 同 丙 烯 酸 用 量 合成 的聚 梭酸减 水 剂
,

A l



AZ



A3 5
.



A4

对水 泥 砂 浆 的 工 作 性 影 响 加剂 掺 量 为
1 5%
.

掺 量 为水 泥 质量 的
,

1 5%
.

,

同 时 做 基准试验
A Z

,

试 验 结果 见 表
的 19 0
m m
,

当外

,

用 水 量 为 17 0 9


其 流动 度 从 A

l

的 12 m m 增 至 5
,

后 来又 随 着
,

丙 烯 酸 用 量 的 增 加逐渐 降低

综 合 水 泥净 浆 和 水 泥 砂 浆试 验

可 以 得 出 摩尔 配 比 为 A Z 时



水剂 的 效 果 较 好



表5

不 同摩尔 配 比对水泥砂 浆 流动度 的影响
5 1 0 砂 子用 量

不 同外 外

外 加剂 用 量
(% )
0
1 5
.

水 泥用 量
(g )
45 0 45 0 450 4 50 4 50

水 的 用量 量
(g )
22 5 17 0 170 170 170

冀 东水 泥 流 动 度
(m m )
18 0 12 5 19 0 185 160

加剂
基准
A 1 A2 A3 A4

(g )
13 5 0 13 5 0 13 5 0 13 5 0 13 5 0

1 5 1 5
.

.

1 5
.





结论
本文 采 用 水 溶 液 自由基 聚 合 的 方法合 成 了 高分 散 性聚 梭 酸减 水 剂


研 究 了 活性 大 单体 和


丙 烯 酸 不 同 单 体 摩 尔 配 比和 引 发 剂用 量 等 因 素对 减 水 剂性 能 的 影 响 比试 验
1
.

,

通 过 水 泥净 浆

砂 浆对

,

优 化 了合 成 工 艺参 数
采 用 引 发剂 用 量 为
BZ

,

得 到 以下 结 论
,

:


;

其 水 泥 净 浆和 砂浆 流 动 度 最 佳

;

当 丙 烯 酸用 量 为

AZ



,



成 的聚 梭酸 减水 剂分 散性 最佳
2
.

现 有 的 聚 梭 酸 减水 剂 合 成 方 法 繁琐
,

,

多 需要 中 间 产 物 的 分 离 提纯
,



本 文探 索 了 一 条 全

新 的 合成 途径 统一
,

采 用 一 釜 法进 行


,

整 个过 程无 溶 剂 存 在

实 现 了 高性 能 与 经 济 性 及环 保性 的

有 利于 推广 应用

参考 文 献
【 覃 维 组等 混 凝 土 外 加 剂新 进展 中国 土木 工 程学 会 混 凝 土 与 预应 力 混 凝 土 分 会外加 剂委 员会 1
.
.

Z O0 2 PP 一 1 2

.

] 2 [
3 f]

田 月宏
C ho
n


.

聚 梭 酸分 散剂 的合 成 与 性能研 究 大连 理 工 大学硕 士 学位 论 文
, , 一

2 0 0 7 6 PP I
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,

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砰」黄雪 红
20 07 2 3 2 (
,

,

郑 木霞


,

林埔

等 聚 梭 酸 共 聚 物侧 链 结 构 对水 泥 水 化 及 硬 化 过 程 的 影 响 [ 分 子 科 学 学 报 ] J

): 12 3

12 8
,

.

卜 王为 ]

,

陈赞

刘佩

,

等 聚梭 酸系 减 水 剂 侧 链 结 构对 水泥 塑化 效 果 的 影 响 [ 新 型 建 筑 材料 l J

.

.

,

2 0 08 4 ,

:

24



7 2

.

作者 简 介

:

王太 山


,



,

高级 实 验 师



通讯 地 址
联 系 电话
E m


:

西 安 长泰 交通 科 技有 限 公 司
029 82 33444 0
一 ,

:

手机
.

:

13 9 9 12 7 5 0 8 5

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