一種新型聚羧酸鹽產品的合成及其性能研究

李寶華

（山西桑穆斯建材化工有限公司，山西 運城 044000）

利用一系列正交設計試驗，優選出聚羧酸鹽減水劑母液的最佳生產配方和工藝參數。

實驗目的：為了對聚羧酸鹽系減水劑進行改性實驗，以HPEG（甲基烯丙基聚氧乙烯醚） 單體、AA（丙烯酸）、HPA（丙烯酸羥丙酯） 和AM（丙烯酰胺） 為主要原料，合成新一代聚羧酸鹽減水劑，提高產品性能，完成產品換代。通過試驗，優選其工藝參數。

1 試驗部分

1.1 試驗原料

主要原料如下，HPEG 分子量為2400，廠家代碼分別為JH、HF 和ZX；AA 為工業級，蘭州石化。HPA，工業級；AM，工業級；X1、X2和X3為小料，工業級；液堿（30%），工業級。注：工藝水為本廠自來水。

1.2 實驗儀器

2000mL 四口燒瓶、冷凝回流裝置、橫流蠕動泵、電加熱套、溫度熱電偶、溫度自控數顯調節儀表、精密增力電動攪拌機、電子天平、水泥凈漿攪拌機和水泥膠砂攪拌機。

1.3 合成工藝

在配置有攪拌器、熱電偶、恒流泵滴加裝置、冷凝器的2000mL 四口燒瓶中加入HPEG 和部分工藝水，攪拌升溫至40±2℃。加入引發劑X15 分鐘后，同時滴加A 料（AA、HPA、AM 和部分工藝水混勻） 和B 料（鏈轉移劑X2、小料X3和部分工藝水混勻），A 料滴加2.5 小時，B 料滴加3.0 小時。滴加結束后，保溫老化1 小時。然后降溫加入一定量的液堿（30%濃度） 和部分工藝水，控制PH 值在6～8 之間，得到聚羧酸鹽母液。

表1 溫度對聚羧酸性能的影響

2 性能測試

2.1 水泥凈漿流動度測試

按GB/T8077-2000《混凝土外加劑勻質性試驗方法》進行測試。稱取基準水泥P.I42.5 水泥300g，減水劑折固摻量0.1%，水灰比0.29，加水87g，測定水泥凈漿流動度。

2.2 混凝土性能試驗

采用基準水泥P.I42.5，細集料為細度模數2.6～2.9 中粗河砂，粗集料為5～10mm 和10～20mm 的連續級配山碎石，河津電力Ⅲ級粉煤灰，將合成的聚羧酸減水劑母液配制成含固量為10%的成品，參照GB50081-2002《普通混凝土力學性能試驗方法》進行C30 混凝土性能測試（摻量按凝膠材料總量計），混凝土試驗配合比如下：水泥，290；粉煤灰，70；河沙，674；5～10mm 碎石，390；10～20mm 碎石，780；水，170。

3 結果與討論

3.1 合成工藝配比的初步選定

1） 溫度對聚羧酸減水劑性能的影響,分別在10℃、20℃、30℃和40℃條件下，配料比相同的情況下，考察合成溫度對聚羧酸性能的影響，實驗結果見表1。

從表1 可以看出，在各溫度條件下合成的聚羧酸性能基本相當，1h 坍落度損失較小，保坍性40℃條件下最好，另外在20℃和30℃時，聚醚單體溶解所需時間較長，綜合性能考慮，在工業上宜選擇合成溫度為40℃。

2） 引發劑用量對聚羧酸減水劑性能的影響，在40℃條件下，保持其他條件相同，考慮了引發劑用量對聚羧酸減水劑性能的影響，試驗結果如下：2%摻量，引發劑用量為0.5%時，坍落度（mm） /擴展度（mm） 初始為230/550，1h為210/500，抗壓強度/MPa 3d/7d/28d 為20.8/30.1/38.9；2%摻量，引發劑用量為0.6%時，坍落度（mm） /擴展度（mm） 初始為240/570，1h 為220/525，抗壓強度/MPa 3d/7d/28d 為20.3/31.2/38.2。

所以當引發劑用量為0.6%時，聚羧酸的初始分散性和保坍性均較好，增加引發劑用量使活性自由基數量增加，反應活性增強，有利于聚合反應進行。

3） 鏈轉移劑用量對聚羧酸減水劑性能的影響，在40℃條件下，引發劑用量為0.6%時，保持其他條件相同，考察了鏈轉移劑用量對聚羧酸減水劑性能的影響，試驗結果如下：2%摻量，鏈轉移劑用量為0.3%時，坍落度（mm） /擴展度（mm） 初始為230/555，1h 為215/500，抗壓強度/MPa 3d/7d/28d 為20.1/30.3/38.1；2%摻量，鏈轉移劑用量為0.4%時，坍落度（mm） /擴展度（mm） 初始為245/575，1h 為220/530，抗壓強度/MPa 3d/7d/28d 為20.2/31.2/38.4。

所以當鏈轉移劑用量為0.4%時，聚羧酸的初始分散性和保坍性均較好，這是因為鏈轉移劑用量增加，聚羧酸的相對分子量減小，其分散保持性增大。

4） 酸醚摩爾比對聚羧酸減水劑性能的影響，在40℃條件下，引發劑用量為0.6%，鏈轉移劑用量為0.4%時，保持其他條件相同，酸醚摩爾比對聚羧酸減水劑性能的影響，試驗結果如下：2%摻量，酸醚摩爾比為3.5 時，坍落度（mm）/擴展度（mm） 初始為240/565，1h 為225/535，抗壓強度/MPa 3d/7d/28d 為20.1/30.3/38.5；2%摻量，酸醚摩爾比為3.2時，坍落度（mm） /擴展度（mm） 初始為235/550，1h 為215/500，抗壓強度/MPa 3d/7d/28d 為19.8/31.5/38.4。

所以當酸醚摩爾比為3.5 時，聚羧酸的初始分散性和保坍性均較好，這是因為酸醚比高時，側鏈密度相對高，活性單體比例相對低，聚羧酸相對分子質量分布較窄，其性能較好。

3.2 合成配比的優化

在40℃條件下，根據單因素實驗初步選定的合成配比，進行正交實驗，對其進行優化，找出較佳的合成配比。

1） 正交實驗方案，正交實驗因素表和試驗方案分別見表2 和表3。

2） 正交試驗結果

正交實驗結果見表4。

從表4 可以看出，凈漿流動度在1h 后變化不大，說明在40℃條件下合成的聚羧酸分散性保持較好，對水泥有一定的緩釋性，適宜用于預拌混凝土中。

表2 因素水平表

表3 正交試驗方案

表4 正交試驗結果

3） 正交試驗數據處理與分析，數據處理與分析，酸醚摩爾比對聚羧酸的性能影響最大，說明聚羧酸的主側鏈密度分布對其分散性影響最大。從正交試驗結果可以看出，40℃溫度條件下的最佳配比為：單體生產廠家為JH，酸醚摩爾比為3.5，引發劑用量為0.6%，鏈轉移劑用量為0.5%，此時聚羧酸減水劑的減水性和保坍性均較好。

4 結語

1） 40℃溫度條件下合成的聚羧酸比低溫條件下合成的聚羧酸具有更好的保坍性，且質量穩定可靠。2） 單體生產廠家為JH 最佳，甲級烯丙基聚氧乙烯醚單體和丙烯酸摩爾比為3.5，引發劑用量為0.6%，鏈轉移劑用量為0.5%，所合成的聚羧酸鹽減水劑的性能較好。