聚羧酸母液制作過程中的注意事項

萬建成，戚寶琳，姜常青，李艷芳

（1. 威海市環翠區城市發展投資有限公司，山東 威海 264200；2. 威海市環翠區青麗建材有限公司， 山東 威海 264203；3. 威海市銀鵬混凝土有限公司，山東 威海 264209）

0 引言

近年來，由于聚羧酸系高性能減水劑是一種新型、綠色環保的外加劑，與傳統的萘系、脂肪族等減水劑相比，具有減水率高、流動性好、分散性強、混凝土坍落度經時損失小、與水泥適應性好等技術特點，促進了混凝土的各種優異性能。在商品混凝土使用過程中被廣泛認可，現在已經成為混凝土應用的一種趨勢。聚羧酸減水劑的常溫合成工藝具有綠色環保、節能降耗、工藝簡單、提高效率等優勢，符合建材行業的總體經濟和社會發展趨勢。但是我們在常溫合成聚羧酸工藝實際生產制作的過程中必須要注意一些具體的過程控制細節，促進生產效率，逐步提高產品質量。

1 制備原理

聚羧酸鹽高性能減水劑的分子結構呈梳型，帶有磺酸基（-SO3H）、羧基（-COOH）、氨基（-NH2）、羥基（-OH）以及有聚氧乙烯側鏈（-(CH2CH2O)m-R）等極性較強的基團，主要通過吸附、分散、潤濕、潤滑等表面活性作用，提高水泥顆粒的流動性、分散性、減少水泥顆粒間摩擦阻力、降低水泥顆粒與水界面的自由能，從而使預拌混凝土達到減水和保坍等各項綜合性能。

聚羧酸減水劑常溫合成是采用水溶性氧化—還原引發體系，先加底水和單體，引發劑的加入方式選擇一次性加入底料中。通過氧化—還原體系降低了引發劑分解成自由基的活化能，加快引發劑的分解，從而實現低溫條件下的自由基聚合反應，同時加快了聚合速度。

2 注意事項

2.1 生產前準備

水電供應正常，檢查管路、線路、自動控制器等生產工序，反應釜沖洗干凈，各類原料備齊，按照配方做好投料順序。

2.2 生產人員注意防護

工作和貯存場所要具有良好的通風環境。主要原料部分有刺激性、腐蝕性，比如丙烯酸對皮膚、眼睛和呼吸道有強烈刺激，可致人灼傷；巰基丙酸有強烈的硫化氫氣味，吸入或經皮膚吸收后對身體有害。所以生產時佩戴口罩、膠皮手套、袖套等防護措施。

2.3 生產過程控制

投入單體前，先加入底水，建議底水溫度盡量高一些，控制在 20～30℃，單體溶解速度和各項反應受底水溫度影響較大。

A、B 料加水稀釋時，軟化水量根據滴加罐容積和習慣調整。A 料以丙烯酸濃度 50% 為宜，如加丙烯酸羥乙酯、封端酰胺磷酸酯等，適當增加軟化水量使有效物料的濃度在 60%～80%；B 料總量稍多于 A 料總量有利于均勻滴加。

A、B 料滴加完后，保溫 1 小時，使反應繼續進行，達到充分反應。

2.4 關于 pH 值控制

中和反應：將聚合物降溫后，加入片堿時要緩慢均勻下料，不能一次性倒入，防止液堿噴濺到身上，邊攪拌邊加入，調節 pH 值控制在 6～7。pH 值在 6～7 范圍內聚羧酸母液效果較好，當 pH 值低于 4 或者高于 9 時，其凈漿流動度、混凝土坍落度下降。

2.5 合成母液 A、B 液采用滴加的方式

生產過程中，配制滴加料 A、B 液放入儲料罐中，采用雙滴加的方式加入反應釜中，主要目的是控制合成反應速度，加入過快，造成自由基聚合反應不完全。A 料中丙烯酸加入過快，側鏈壓縮，卷曲程度大，空間位阻效應減弱，從而導致分散性也下降。B 料中還原劑加入與底料中的氧化劑比例失調，以及鏈轉移劑加入過快，直接影響到母液的分子質量和分散性能。

2.6 反應溫度對母液分散性的影響

考慮到夏天溫度較高，原料容易爆聚，上限溫度設置 40℃；冬天室溫較低時原料容易結冰等因素，下線溫度設置 20℃。溫度過低，所合成的聚羧酸母液分散性明顯偏差；溫度過高引發劑的引發速率增大，會使自由基聚合反應速度加大，容易出現爆聚的現象，反應無法繼續進行。因此，綜合考慮產品的質量波動，結合季節性溫度的變化影響，溫度低時啟動電熱管加熱，溫度高時開啟冷卻循環水降溫，初始溫度控制在 25℃ 為宜。

2.7 合成母液單體的選擇

由于現在原材料短缺，一些低質量的砂石原料進入市場，砂、石子的含泥量普遍超標，造成混凝土的坍落度損失增大?，F在外加劑市場普遍使用減水型和保坍型兩種母液，根據原材料質量的不同，對預拌混凝土的坍落度損失進行調整。減水型母液一般使用 HPEG（C4 單體），而保坍型母液有使用 HPEG（C4 單體）或 TPEG（C5 單體），為此確定單體的種類進行了對比試驗，試驗結果見表 1。

表1 水泥凈漿流動度試驗結果

針對現應用配方對比情況，HPEG 和 TPEG 兩種單體水泥凈漿流動度相差不大，HPEG 單體前期效果稍好一些，TPEG 單體后期效果稍好一些。

2.8 單體濃度對母液分散性的影響

采用 1000L 反應釜為基準，固定單體 330g，分別加入不同質量的軟化水進行溶解，對產品分散性能產生不同的影響，試驗結果見表 2。

由表 2 可見，軟化水用量 220g（單體濃度小于 60%）以上，提高用水量，對母液分散性影響較小，但軟化水用量小于 220g，母液分散性下降。

表2 水泥凈漿流動度試驗結果

2.9 確定最佳的生產工藝配方

通過小試調整不同的原材料組合、最佳酸醚比、氧化劑用量、酯醚比、還原劑用量、鏈轉移劑用量、不同反應溫度等條件來不斷優化生產工藝配方，提高聚羧酸母液各項性能指標。

2.10 聚羧酸母液生產過程中要用去離子水

在實際生產應用過程中，為了節約投資、方便，不少廠家用自來水代替去離子水。嚴格意義上我們要用去離子水（導電率≤10μS/cm），而飲用水一般超過 500μS/cm，并且存在大量的金屬離子，通常包括常見的鈣、鎂、二價及三價鐵離子，還有一些不常見的惰性金屬離子。聚羧酸自由基聚合反應要保持自由基的活性，這些金屬離子與自由基結合產生阻聚作用，產生絮凝狀凝膠體，從而導致合成的聚羧酸減水劑母液出現黏度增大且分散性降低的質量問題。

2.11 聚羧酸減水劑的儲存方式

目前，市場上主要生產的母液有綜合性、減水型、保坍型、特殊工藝型（主要是針對機制砂和易性差采用 C6 單體合成的母液），針對不同的需求復配時采用不同的母液，所以要分類儲存。儲存時現在普遍采用 LLDPE 原料生產的 PE 材質的塑料儲罐，該材質的 PE 儲罐可兼具耐撞擊、抗強震、不易老化、不易長水藻、易清洗等多項特質，同時價格也低廉，很適合減水劑的儲存。不可以用金屬材質的儲罐來存儲，避免開口處與外界直接接觸。

3 結語

聚羧酸減水劑具有獨特的“梳狀” 或“接枝狀”分子結構，賦予了更多的優異性能，而且聚羧酸減水劑可以通過分子結構設計，比如調整主鏈和側鏈長度、側鏈在主鏈上的密度、增加一些官能團來達到保坍性等不斷改善和優化聚羧酸減水劑的品質。我們在實際生產中，同時也要強化過程控制的具體細節，嚴格規范生產，通過科學試驗做到節約、合理、優質。

針對現在市場材料緊缺，普遍質量偏差的情況，以及對特殊混凝土要求的差異性，聚羧酸減水劑合成還要不斷向多元化發展，比如早強型母液、降粘性母液、保水型母液、抗泥保坍型母液、低敏感高適應型母液，從而不斷促進預拌混凝土的綜合發展。