聚羧酸系減水劑的合成及性能研究

張建鋼(上虞吉龍化學建材有限公司,浙江 紹興 312368)

1 聚羧酸系減水劑的合成

1.1 試驗儀器與合成原材料

試驗所用儀器有四口燒瓶、冷凝回流管、恒溫磁力攪拌器、氮氣瓶、溫度計。

合成用原材料有甲基丙烯酸（化學純）、自制聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯、過硫酸銨（化學純）、去離子水、甲基丙烯酰基磺酸鈉（化學純）。

1.2 合成方法

聚羧酸系減水劑的合成采用的是水溶液聚合法，具體過程為先將甲基丙烯酸與酯化大單體聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯進行混合，根據濃度要求調配成需要的水溶液，再把引發劑調配成所需規格的水溶液，然后把甲基丙烯酰基磺酸鈉與適量蒸餾水相融合，溶解后將其倒入四口燒瓶內，再通入氮氣，啟動攪拌器。等到溶液溫度升高到85℃之后，分別滴加引發劑水溶液與單體混合水溶液，保持勻速滴加并在2—3小時內完成。隨后保持恒溫狀態，每1小時對體系中沒有發生反應的雙鍵含量進行測試，如果未出現明顯變化，則表示反應過程結束。將反應物冷卻恢復室溫，使用適當濃度的氫氧化鈉溶液將反應物的PH值調和到7左右，最終得到的物質就是聚羧酸系減水劑。

2 聚羧酸系減水劑的性能研究

2.1 反應濃度對聚羧酸系減水劑性能的影響

聚合反應過程中溶液的濃度會對減水劑相對分子質量與分子結構、單體轉化率產生重要的影響。而反應濃度則會對聚合產物的最終聚合度、聚合反應速率產生巨大影響，由于反應濃度與引發劑濃度及單體濃度之間存在直接關系，在單體濃度提高的同時，聚合度與聚合反應速率也會相應提高，且減水劑動力學鏈長同單體濃度分子之間呈正相關關系，同引發劑濃度平方根呈負相關關系；如果聚合反應濃度過高，那么減水劑的相對分子質量就會過大，造成反應的控制難度增加，如果濃度過低，則會造成單體轉化率的減低。

2.2 加料方式對聚羧酸系減水劑性能的影響

圖1：不同加料方式的未反應雙鍵含量

該處主要對共聚單體溶液與引發劑溶液一次性投入法、共聚單體溶液與引發劑溶液分別滴加、共聚單體溶液與引發劑溶液混合滴加這三種加料方式對聚羧酸系減水劑性能所產生影響進行比較。不同加料方式，對減水劑分散性與未反應雙鍵含量造成的影響如圖1,2所示。

圖2：不同加料方式的初始流動度

由圖1,2分析可知，共聚單體溶液與引發劑溶液一次性投入法的未反應雙鍵含量最大，該加料方式所制出的聚羧酸系減水劑所具有的分散性最差，而共聚單體溶液與引發劑溶液分別滴加的未反應雙鍵含量最大，該加料方式所制出的聚羧酸系減水劑所具有的分散性最好。出現該結果的原因在于如果共聚單體溶液與引發劑溶液一次性投入，那么活性相對比較大的甲基丙烯酸受引發劑的影響會在較短時間內發生自聚反應，但是活性相對比較小的大單體則會殘留于反應體系當中，聚羧酸系減水劑分子結構中存在的官能團比例同原料之間的配比出現嚴重偏離，并且相對分子質量的具體分布也相對不集中；此外，引發劑濃度對單體分子質量與反應速率形成的影響比較大，在引發劑一次性加入的情況下，自由基濃度超過正常標準，造成反應速率增加，減水劑相對分子質量低于正常水平，當反應至后期時，體系中自由基濃度會相對降低，從而無法發生單體聚合。但是連續滴加引發劑則能在反應過程中保持恒定的反應劑濃度，使減水劑相對分子質量能夠均勻分布。

3 結語

通過水溶液聚合法，把甲基丙烯酸、自制聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯、過硫酸銨與甲基丙烯酰基磺酸鈉聚合成為聚羧酸系減水劑，當聚合溶液反應濃度為40%時最佳，加料方式采用共聚單體溶液與引發劑溶液分別滴加時，所制出的聚羧酸系減水劑的分散性最好。

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[2]蘇瑜,龐浩,蔣冰艷,王斌,廖兵.聚羧酸系混凝土減水劑的研究進展及發展趨勢[J].現代化工.2011(04).