高效减水剂的合成及其性能研究

1、聚羧酸高效减水剂的合成及其性能研究张太龙 丁盛 李国云弗克科技（苏州）有限公司摘 要：通过mpeg(聚乙二醇单甲醚)、maa（甲基丙烯酸）、丙烯酰胺等单体在水溶液中，引发剂作用下进行共聚反应，合成一种新型聚羧酸高效减水剂。通过红外光谱和凝胶色谱分析，研究了不同聚合度的mpeg对聚合物分子结构，分子量大小及其性能的影响。关键词：聚羧酸减水剂 分子结构 分子量 流动度 保坍性前言 聚羧酸高效减水剂是一种具有梳状结构的两亲性接枝共聚物，主要是通过不同合成单体在水溶液中由自由基引发共聚而成的高分子材料1。聚羧酸高效减水剂的发明由于从根本上改变了萘系减水剂的性能差、污染环境的问题，而得到越来越多的应用2

2、。其结构可以根据需要进行分子结构设计，通过改变合成单体的种类和用量、聚合工业等条件，突出减水剂不同的使用性能，如早强型、保坍型、缓凝型、消泡型等高效减水剂。与萘系减水剂相比，高效聚羧酸减水剂的优点主要体现在以下几个方面：（1）高减水率：减水率可高达40%以上。由于减水率高，降低了水灰比，降低单方混凝土水用量，大大减少了混凝土中游离水含量，有效改善混凝土的孔结构，提高了混凝土的力学性能和耐久性能。（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，可配制高流动混凝土，且温度影响不明显；较好的缓凝作用，解决了缓凝与早强的矛盾，提高了施工效率。（3）水泥适应性好：对多数厂家的普硅、矿渣硅酸盐

3、水泥有较好的适应性。（4）能配制高强度混凝土：可配制c80以上混凝土，1d抗压强度可提高80%，28d抗压强度可提高50%。（5）能配制大掺合料混凝土：在混凝土中掺入粉煤灰或火山灰，可减少胶凝材料水泥的用量，节约成本，而性能不会下降。（6）绿色产品：生产无污染，产品无毒无害。1 试验部分1.1 主要仪器1000ml四口烧瓶、78-1型磁力加热搅拌器、delta320型ph计、ir200型红外光谱分析仪、2695型waters凝胶渗透色谱仪、nj-160a行星式净浆搅拌机、jj-5行星式胶砂搅拌机。1.2 试验原料mpeg：聚合度15、25、45三种；甲基丙烯酸（分析纯）；丙烯酰胺（分析纯）；过

4、硫酸钾（分析纯）；氢氧化钠（分析纯）；催化剂（自制）；蒸馏水1.3 合成方案在配有温度计、搅拌装置、冷凝管的四口烧瓶中，加入不同聚合度的mpeg、maa和催化剂，升温到95，反应一段时间后，分析酸值，达到要求后，降温出料，即为a料。 在四口烧瓶中加入一定量的a料、通氮气保护，在一定温度下分别滴加maa、丙烯酰胺和引发剂溶液，反应结束后，保温1小时，降至常温，用氢氧化钠溶液中和到ph值为78。1.4 试验检测方法水泥净浆流动度按标准gb/t 8077-2000测定高效聚羧酸减水剂高分子的基团状况由红外光谱法测定高效聚羧酸减水剂的分子量由凝胶渗透色谱法测定2 试验结果与分析2.1聚羧酸高效减水剂的

5、红外分析图1为使用聚合度为25的mpeg合成的高效减水剂的红外光谱。结果表明：3500cm-1附近的吸收峰为n-h与oh的伸缩振动峰；2871 cm-1附近的吸收带较强为氧烷基形成缔和氢键的伸缩振动形成的峰；酯键吸收出现在1720 cm-1；1571 cm-1附近主要是n-h键面内弯曲振动与部分c-n键的伸缩振动耦合产生的吸收峰；长链peo的特征吸收峰出现在1117 cm-1附近3。2.2 mpeg聚合度对聚羧酸减水剂分子量大小的影响聚醚的分子量对最终合成的聚羧酸减水剂的分子结构有显著的影响。从凝胶渗透色谱检测结果中，可以发现，随着聚醚的聚合度的增加，聚羧酸减水剂的分子量明显增大，同时使用高聚

6、合度的聚醚合成出来的聚羧酸减水剂，分子量的分布范围会变大。2.3 mpeg聚合度对聚羧酸减水剂性能的影响不同聚合度的聚醚通过酯化和聚合反应接枝到聚羧酸减水剂分子中，其醚键的氧与水分子通过氢键作用形成溶剂化的立体保护膜，从而使聚羧酸减水剂具有分散和保塑作用4。支链的长短直接影响水化膜的效果，支链长度较小的侧链聚醚保坍性不高，而支链长度较大的侧链聚醚由于链的缠结使得减水剂减水率和保坍性都有所下降。如图5所示，水泥净浆流动度随着聚醚聚合度的增加先增大后减小，保塑性具有相同的变化趋势。聚醚聚合度在25时，水泥净浆流动度和保塑性最好。3 结论1 红外光谱分析表明，采用mpeg、maa、丙烯酰胺等单体在水

7、溶液中，在引发剂作用下进行共聚反应，合成了一种新型的聚羧酸高效减水剂。2 凝胶渗透色谱结果表明，聚醚的聚合度是影响聚羧酸减水剂分子量大小的重要因素。随着聚醚的聚合度的增加，聚羧酸减水剂的分子量大小和分子量分布范围呈快速增大趋势3 水泥净浆流动度和保塑性试验表明，当使用聚合度为25的聚醚时，所合成的聚羧酸减水剂性能最好。4参考文献 付东康，等.含长聚醚侧链基团共聚羧酸高效减水剂的制备及其性能j.混凝土，2007 李崇智，李永德等.聚羧酸盐系高性能减水剂的研制及其性能j.混凝土与水泥制品，2002，（2）：36 现代近红外光谱分析技术m.中国石化出版社.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对减水剂分子量的影响聚合度（mpeg）152545数均分子量（mn）1954982845重均分子量（mw）35671049627108分散系数（mw/ mw）1.832.1