氧化还原引发体系合成聚羧酸系高效减水剂.
课题来源：重庆市建委资助项目（城科字1330第20号）。
聚羧酸系高效减水剂掺量低、减水率高、坍落度保持能力强，对混凝土增强效果显著，能降低混凝土收缩，有害物质含量极低，这些技术性能特点赋予混凝土出色的工作性、良好的强度发展以及优异的耐久性[1-4]，十分符合现代混凝土工程的需要，具有综合的技术性能及环保优势。
本文采用自制大单体MPEG-1500MAA ，通过水溶液共聚反应合成聚羧酸系高效减水剂，着重研究了不同氧化还原引发体系下，反应温度、反应物掺量等对减水剂性能的影响。
1试验部分
1.1试验原料
聚乙二醇单甲醚-1500甲基丙烯酸酯
MPEG-1500MAA ，自制；甲基丙烯磺酸钠SMAS,
工业级；甲基丙烯酸MAA ，分析纯；过硫酸铵
PASM ，分析纯；过氧化氢，分析纯；亚硫酸氢钠；硫
酸亚铁；氢氧化钠；蒸馏水。
1.2合成工艺
将一定量蒸馏水溶解SMAS 后加入到四口瓶中，待温度升至设定值时，通入氮气并搅拌，开始滴加
MPEG -1500MAA 及MAA 混合溶液1～2h 和PASM 溶液2～3h ，恒温反应2～3h ，冷却至室温，加入40％浓度的NaOH 溶液，将减水剂PH 值调至6～7，得
到约40%浓度的红棕色聚羧酸高效减水剂。
在采用氧化还原引发体系时，需先将过硫酸铵等氧化剂与SMAS 溶解后加入四口瓶中，通入氮气搅拌，同时滴加MPEG-1500MAA 及MAA 混合溶液1～2h 和还原剂（如亚硫酸氢钠）溶液2～
氧化还原引发体系合成聚羧酸系高效减水剂
Synthesis of poly-carboxylic acid superplasticizer via redox system
张智强1胡向博1李凌峰2霍世超2
（1重庆大学材料学院，重庆400045；2南川区规划服务中心，重庆408400）
摘要：采用自制的聚乙二醇单甲醚1500甲基丙烯酸酯（MPEG1500-MAA ）和甲基丙烯酸（MAA ）试剂，在不同引发体系下合成聚羧酸系高效减水剂。分别探讨了甲基丙烯磺酸钠（SMAS ）、甲基丙烯酸(MAA以及引发剂过硫酸铵（PASM ）的掺量与减水剂分散性和分散保持性的关系，研究了过硫酸铵—亚硫酸氢钠、过硫酸铵—亚硫酸氢钠—亚铁盐和过氧化氢—亚硫酸氢钠—亚铁盐三种氧化还原引发体系中各组分掺量、反应温度对减水剂分散性及分散保持性的影响，确定了在氧化还原引发体系条件下，减水剂反应温度可降低到60℃左右，所合成的减水剂为水泥折固掺量0.3%，水灰比为0.29时，其净浆流动度达250～260mm ，
30min 流动度保持率大于95%。
关键词：聚羧酸系减水剂；氧化还原引发体系；水泥净浆流动度；
Abstract :Polycarboxylicacid superplasticizer was synthesized at different initiator system by using the meacrylic acid （AR ）and the meacrylic acid and the polyethylene glycol single methyl ether (1500(MPEG1500-MAA（homemade ）.Relationship is discussed re -spectively between dosage of methyl propene
sulfonate(SMAS,methacrylicacid(MAAand initiator ammonium persulfate (PASMand dispersion and dispersed retention of polycarboxylic acid superplasticizer. Based on the above results,Relationship is studied respectively between the dosage of ammonium
persulfate-sodium bisulfite, ammonium persulfate-sodium bisulfite-ferrous salt,hydrogen peroxide-sodium bisulfite-ferrous salt and reaction temperature and dispersion and dispersed retention of polycarboxylic acid superplasticizer.Un -der the conditions of the redox system,temperature can be reduced to 60℃，with addition of 0.3%neat copolymer and water-cement ratio of 0.29,paste fluidity is in the 250-260mm,fluidity retention rate is more than95%.Keywords :polycarboxylatesuperplasticizer ；redox system ；cement paste fluidity
中图分类号：TU528.042.2文献标识码：A 文章编号：1003-8965（2010）03-0053-05
实验与研究
53
图1SMAS 掺量对水泥净浆流动度的影响
图2MAA 掺量对水泥净浆流动度的影响
SMAS 与MPEGMAA 摩尔比
水泥净浆流动度/m m
水泥净浆流动度/m m
MAA 与MPEGMAA 摩尔比
3h ，后面操作同上。
1.3水泥净浆流动度测试方法
采用重庆拉法基水泥有限公司生产的P.O
42.5R 水泥，按照《混凝土外加剂匀质性试验方法》
（GB/T8077-2000）测定水泥净浆流动度。实验条件为：W/C=0.29，外加剂掺量为水泥用量的0.3%，测定水泥净浆在玻璃板上30s 内流动度作为初始流动度，并分别测其30min 、60min 净浆流动度。
2结果与讨论
2.1SMAS 掺量对水泥净浆流动度的影响
在PASM 的用量为MPEG -1500MAA 的
2wt%，MAA 与MPEG-1500MAA 的摩尔比为5：1，反应温度为80℃，调整SMAS 与MPEG -1500MAA 的摩尔比为0.3~0.9：1的条件下合成
减水剂，并分别测其0min 、30min 、60min 净浆流动度，结果见图1。
由图1可以看出，随着甲基丙烯磺酸钠用量的增加，制得的聚羧酸高性能减水剂的水泥净浆流动度逐渐增大，当其摩尔比为0.5时达到最佳；继续增加SMAS 用量将使减水剂对水泥的分散性能出现明显的下降，从图1可以看出，SMAS 的用量对减水剂分散保持性能没有显著的影响[5-6]。
2.2MAA 掺量对水泥净浆流动度的影响
在PASM 的用量为MPEG -1500MAA 的
2wt%，SMAS 与MPEG-1500MAA 的摩尔比为0.5：1，反应温度为80℃，调整MAA 与MPEG-1500MAA 的摩尔比2～7：1的条件下合成减水剂，
并分别测其0min 、30min 、60min 净浆流动度，结果见图2。
由图2可以看出，随着MAA 用量的增加，减水剂的分散性能增强，但保持分散性的能力降低；在MAA 摩尔比为4时，减水剂的初始分散性以及分散保持性都较强，但MAA 摩尔比为5时，减水剂分散保持性已有所降低，当摩尔比超过6时，减
水剂分散性及分散保持性均大大降低。
2.3PASM 掺量与浓度对水泥净浆流动度的影响
在保持SMAS 与MPEG-1500MAA 的摩尔比为0.5：1，MAA 与MPEG-
1500MAA 的摩尔比
4：1，反应温度为80℃，调整PASM 的用量为MPEG-1500MAA 的1～
4wt%，配制浓度为5～15%时，分别对合成减水剂的0min 、30min 、60min
净浆流动度测定结果见图3、图4。
由图3可见，随着PASM 用量的增加，减水剂的分散效果提高，当PASM 用量增加到单体用量的2％时，减水剂的分散性及分散保持性均最佳。由图4可知，随着PASM 浓度的增高，减水剂对水泥净浆分散性增大，在浓度为10%左右达到最佳，而PASM 浓度对减水剂分散保持性没有显著影响。这可能是因为[7-9]：引发剂用量和浓度与聚合物的分子量的大小密切相关，引发剂用量较少时，自由基聚合速率大，聚合物分子量大；相反，引发剂用量较多时，自由基聚合速率小，聚合物分子量小。
实验与研究
54
图5反应温度对水泥净浆流动度的影响图6过硫酸铵—亚硫酸氢钠对水泥净浆流动度的影响
合成温度/℃亚硫酸氢钠与过硫酸铵摩尔比
水泥净浆流动度/m m
水泥净浆流动度/m m
图3PASM 掺量对水泥净浆流动度的影响
图4PASM 配置浓度对水泥净浆流动度的影响
水泥净浆流动度/m m
水泥净浆流动度/m m
PASM 掺量%
PASM 配置浓度%
引发剂浓度越高，减水剂分子量越小；相反引发剂浓度越低，减水剂分子量越大，而减水剂的分子量过大或过小都对其分散性能有显著的影响。分子量过小，不利于减水剂空间位阻效应的发挥；分子量过大，则容易产生絮凝现象，导致水泥净浆粘度增大、流动性降低。
2.4反应温度对水泥净浆流动度的影响
保持SMAS 与MPEG-1500MAA 摩尔比为
0.5:1，MAA 与MPEG-1500MAA 的摩尔比4:1，PASM 的用量为MPEG-1500MAA 的2wt%，浓
度为10%，调整反应温度在60～90℃，所合成减水剂的初始净浆流动度测定结果见图5。
由图5可以看出，在80～85℃时合成的减水剂分散性较好。因为温度越高，引发剂分解越快，半衰期越短，溶剂中自由基浓度较高，生成聚合物的分子量越小；反之温度越低，引发剂分解越慢，半衰期越长，溶剂中自由基浓度越低，生成聚合物的分子量越大[10-11]。聚合物分子量对减水剂性能影响的原因如2.3中所述。
2.5氧化还原引发体系合成减水剂对水泥净
浆流动度的影响
氧化还原引发体系[12]可以产生自由基，引发单体聚合，该体系的活化能低，在较低温度下也能获得较快的反应速率。这类体系的组分可以是无机或有机化合物，性质可以是水溶性或油溶性，根据聚合方法而定，水溶性氧化还原引发体系中，氧化剂组分有过氧化氢，过硫酸盐，氢过氧化物等，还原剂有无机还原剂（Fe 2+,Cu +,NaHSO 3, NaSO 3,Na 2S 2O 3等）和有机还原剂（醇, 胺, 草酸, 葡萄糖等）。
本试验是水溶性聚合反应体系，选用过硫酸铵—亚硫酸氢钠、过硫酸铵—亚硫酸氢钠—亚铁盐、过氧化氢—亚硫酸氢钠—亚铁盐三种氧化还原引发体系，按氧化还原引发体系总体掺量为大单体质量分数的2%，在氧化剂与还原剂不同摩尔比、不同温度下反应5～6h 左右，对合成减水剂的分散性能进行了对比试验，从而确定最低反应温度。
2.5.1过硫酸铵—亚硫酸氢钠体系对水泥净浆
流动度的影响
由图6可以看出，过硫酸铵—亚硫酸氢钠氧化还原引发体系中，过硫酸铵与亚硫酸氢钠的摩尔比
实验与研究
55
图9亚硫酸氢钠掺量对水泥净浆流动度的影响
图10反应温度对水泥净浆流动度的影响
水泥净浆流动度/m m
合成温度/℃
水泥净浆流动度/m m
合成温度/℃
图7反应温度对水泥净浆流动度的影响
图8亚铁盐掺量对水泥净浆流动度的影响
水泥净浆流动度/m m
合成温度/℃
亚铁盐与过硫酸铵摩尔比
水泥净浆流动度/m m
在1：1～1：2之间时，合成的减水剂分散性能最好，而随着其过硫酸铵用量的增加，分散性和分散保持性能均显著降低，随着亚硫酸氢钠用量的增加，尽管其分散性能有所提高，但减水剂极不稳定，并产生恶臭气味，因此本体系确定过硫酸铵与亚硫酸氢钠的最佳摩尔比为1.5：1。由图7可以看出，在确定过硫酸铵与亚硫酸氢钠的摩尔比为1.5：1情况下，降低反应温度，在60℃时减水剂仍然有较好的分散性与分散保持性能，当温度降低为50℃时，合成减水剂初始流动度为0mm ，表明其没有发生共聚反应。
2.5.2过硫酸铵—亚硫酸氢钠—亚铁盐体系对
水泥净浆流动度的影响
在过硫酸铵—亚硫酸氢钠—亚铁盐氧化还原引发体系中，确定反应温度为60℃，在亚硫酸氢钠与过硫酸铵摩尔比为0.5，亚铁盐与过硫酸铵摩尔比在0.01：1～0.07：1时，以及在亚铁盐与过硫酸铵摩尔比为0.05，亚硫酸氢钠与过硫酸铵摩尔比在
0.2：1～1.5：1时，合成减水剂的分散性及分散保持性分别见图8、图9；并在确定亚硫酸氢钠：亚铁盐：过硫酸铵为0.5：0.05：1时，调整反应温度为40～
70℃，合成减水剂分散性及分散保持性见图10。
由图8可以看出，随着亚铁盐用量的增加，减水剂分散性能与分散保持性能均增大，在其与过硫酸铵摩尔比为0.05时，达到最佳。由图9可以看出，亚硫酸氢钠与过硫酸铵摩尔比在0.5～1.2时，分散性与分散保持性能相差不大，而在0.5时达到最佳。由图10可以看出，固定体系摩尔比情况下，随着反应温度的升高，其分散性与分散保持性能均有大幅提高，而温度在60℃时，净浆流动度达到
250mm ，30min 几乎无损失，与PASM 为引发剂、
反应温度为80℃时相比，分散性与分散保持性效果相差不大，表明在此引发体系下，合成减水剂时温度可以降低到60℃.
此反应体系可能的反应机理是[13-16]：过硫酸铵在反应体系中发生反应(NH4 2S 2O 8+2H2O =
2NH 4HSO 4+H2O 2，生成双氧水，而在亚硫酸氢钠、
七水硫酸亚铁和双氧水三组份构成的氧化还原体
实验与研究
56
图11反应温度对水泥净浆流动度的影响
水泥净浆流动度/m m
合成温度/℃
系中，七水硫酸亚铁和双氧水组成氧化剂体系和反应单体混合在一起，双氧水将两价铁氧化成三价铁，同时释放出氧自由基，氧自由基有很高的反应活性，能够在低温下进行反应，并不断的被消耗；同时亚硫酸氢钠作为还原剂将三价铁还原成
二价铁，重新生成的二价铁再次参与和双氧水的反应，不断的循环反应释放出氧自由基，直到双氧水耗尽，从而在低温的条件下合成聚羧酸高效减水剂。
2.5.3过氧化氢—亚硫酸氢钠—亚铁盐体系对
水泥净浆流动度的影响
基于2.5.2中所述反应机理，用H 2O 2直接代替过硫酸铵，掺量为单体质量分数的2%，亚硫酸氢钠：亚铁盐：过氧化氢的摩尔比为0.5：0.05：1，得到试验结果见图11。
由图11可以看出，用双氧水代替过硫酸铵与亚硫酸氢钠、亚铁盐组成氧化还原引发体系时，其试验结果与过硫酸铵—亚硫酸氢钠—亚铁盐氧化还原引发体系相差无几，而其分散保持性能却得到一定程度的改善。
3结论
（1）
以MPEG -1500MAA 、SMAS 、MAA 、
PASM 为主要原料合成聚羧酸减水剂，在最优摩尔
比SMAS:MAA:MPEG-1500MAA为0.5：4.5：1，
PASM 的掺量为MPEG-1500MAA 质量的2%，
配制浓度为10%，反应温度为80℃时，其水泥净浆
初始流动度达到275mm ，1h 流动度保持率为
95%。
（2）分别对过硫酸铵—亚硫酸氢钠、过硫酸铵—亚硫酸氢钠—亚铁盐、过氧化氢—亚硫酸氢钠—亚铁盐三种氧化还原引发体系合成减水剂及
其分散性和分散保持性能的研究结果表明，在控制氧化、还原剂适当摩尔比，反应温度为60℃时，合成减水剂的水泥净浆初始流动度为250mm ，
30min 流动度保持率达95%以上。
（3）在过硫酸铵—亚硫酸氢钠—亚铁盐与过氧化氢—亚硫酸氢钠—亚铁盐两种氧化还原引发体系下，其合成减水剂的性能相差不大，表明这两种氧化还原引发体系的反应机理具有相似性。
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实验与研究
57
聚羧酸减水剂
聚羧酸高效减水剂及其工程应用 摘要：作为高性能混凝土第五组分的高效减水剂主要经历了三种形式：第一代高效减水剂是20世纪60年代初开发出来的萘基高效减水剂和密胺树脂基高效减水剂又被称为超塑化剂；第二代高效减水剂是氨基磺酸盐；第三代减水剂是聚羧酸高效减水剂。本文以前人对聚羧酸高效减水剂的研究为基础，借鉴他们的研究成果从其分子特点、合成方法、作用机理、对混凝土性能的改善、工程应用与实践应用中存在的问题六个方面对聚羧酸减水剂做了介绍。关键字：聚羧酸减水剂、高效减水剂、高性能混凝土 1.聚羧酸减水剂的分子结构 聚羧酸系高性能减水剂采用不饱和单体共聚合而成，而不是传统减水剂使用的缩聚合成，合成原料非常多，通常有聚乙二醇、（甲基）丙烯酸、烯丙醇聚氧乙烯醚等。在分子结构上，聚羧酸系高性能减水剂的分子结构是线形梳状结构，而不是传统减水剂单一的线形结构。该类减水剂主链上聚合有多种不同的活性基团，如羧酸基团（—COOH）、羟基基团（—OH）、磺酸基（—SO3Na）等，可以产生静电斥力效应。 2.合成方法 2.1可聚合单体直接共聚法 单体直接共聚是先制备具有活性的大单体(一般是甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯) ，再聚合一定配比的单体(如丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯磺酸钠等)，采用溶液共聚的手段得到成品，即先酯化再聚合。该方法合成减水剂分子结构的可设计性好，可根据实际需要进行结构调整，产品质量稳定，目前很多聚羧酸的生产都采用此方法。但缺点是生产甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯大单体存在酯化控制难度，大单体酯化率和质量就直接影响了后续的共聚反应程度。同时中间分离纯化过程比较繁琐，生产成本较大。 2.2聚合后功能化法 聚合后功能化法是利用现有的聚合物进行改性，采用已知分子量的聚羧酸在催化剂和较高温度下聚醚通过酯化反应进行接枝。但现成的聚羧酸产品种类和规格有限，调整组成和分子量困难；同时聚羧酸和聚醚适应性不好，酯化实际操作困难，另外，随着酯化的不断进行，水分不断逸出，会出现相分离，如果能找到
聚羧酸减水剂生产环保说明
聚羧酸外加剂生产说明 1、项目由来 随着我国城镇化进程进程和基础设施建设的步伐逐渐加快，混凝土的需求量不断增多，同时也大大推动混凝土外加剂的需求量。 从全国范围来看，掺有外加剂的混凝土约占混凝土总量的40%，与国外先进国家60%~80%的比例相比，我国在使用量上还存在较大差距，即外加剂的生产还有较大的发展空间。根据相关市场调查，我国每年对减水剂、助磨剂及多功能粉体材料的需求量高达几百万吨，由此可见，该类材料仍具有较大前景和市场需求。目前，聚羧酸减水剂在发达国家的使用率已占绝对优势，相比而言，我国的使用量并不客观，但该材料的使用在我国的高速铁路建设、公路桥梁建设、水利工程及高层建筑中已得到广泛的认可，其用量正以每年20%~30%的速度递增。 传统的萘系、三聚氰胺系以及木质素减水剂虽然能使新拌砂浆或混凝土具有较好的工作性，但塌落度经时变化大，运至施工现场时，必须重新加入减水剂来增加其流动性，这样会产生噪音并排放大量工业废气，而且这类减水剂大多采用有毒的甲醛，通过缩聚反应（有时还采用强腐蚀性的发烟硫酸或浓硫酸进行磺化反应）制备而成，这不可避免会对环境造成污染，不利于可持续发展。合成萘系磺酸盐减水剂的主要原料是精萘或工业萘，价格较贵，很难满足工程实际需要，萘被认为是致癌物质，限制了其发展。于是人们把目光转向了羧酸类聚合物——称之为第三代新型聚合物减水剂，聚羧酸减水剂不仅减水效果好，其成品本身也无毒性，生产加工过程中也无工艺性废水产生，无工艺性废气产生，属于绿色环保型材料。 聚羧酸减水剂是一种高性能减水剂，是水泥混凝土运用中的一种水泥分散剂，广泛应用于公路、桥梁、大坝、隧道、高层建筑等工程。该产品绿色环保，不易燃，不易爆，可安全使用火车和汽车运输。 2、工艺流程 从原料库房领取原材料，按照配方准确称量后加入去离子水、甲基烯丙基聚氧乙烯醚，配置成原材料溶液,；搅拌并升至18~24℃。按照配方把维生素C、巯基丙酸、去离子水投入预混罐中配制溶液成A，搅拌均匀后打入滴加罐A里；按
聚羧酸减水剂生产工艺的制作方法
图片简介: 本技术介绍了一种聚羧酸减水剂生产工艺，在常温状态下，往反应箱内加入占总溶液总比重20％50%的聚醚时，后加入占总溶液总比重30%71.7％的水进行溶解，自由基聚合：往进行溶解后的溶液内滴加占总溶液总比重3％7.5%的丙烯酸，滴加完毕后开始滴加占总溶液总比重0.3％的巯基乙酸，接枝反应：对经过自由基聚合的溶液进行加热直到8085摄氏度，开始滴加一个半小时的混合物，所述混合物由占总溶液总比重0.5％过硫酸铵和占总溶液总比重4.5％10.5%水混合而成，保温：将经过接枝反应中的溶液在80摄氏度下，保温一个半小时至两个小时。 技术要求 1.一种聚羧酸减水剂生产工艺，其特征在于：在常温状态下，往反应箱（1）内加入占总溶液总比重20％-50%的聚醚时，后加入占总溶液总比重30%-71.7％的水进行溶解，自由 基聚合：往进行溶解后的溶液内滴加占总溶液总比重3％-7.5%的丙烯酸，滴加完毕后开始滴加占总溶液总比重0.3％的巯基乙酸，接枝反应：对经过自由基聚合的溶液进行加热直到80-85摄氏度，开始滴加一个半小时的混合物，所述混合物由占总溶液总比重0.5％过硫酸铵和占总溶液总比重4.5％-10.5%水混合而成，保温：将经过接枝反应中的溶液在80摄 氏度下，保温一个半小时至两个小时；
其中，所述的反应箱（1）侧壁上设有出料管（11），所述反应箱（1）设有加热块（13），所述反应箱（1）内设有传动轴（14），所述传动轴（14）上设有搅拌杆（141），所述反应箱（1）侧壁上设有保温层（12），所述反应箱（1）顶部设有多个进料口（15），所述反应箱（1）顶部设有多个与所述进料口（15）相配合的连接管（3），所述连接管（3）顶部设有储料箱（2），所述连接管（3）侧壁上设有第一通槽，所述第一通槽内设有固定板（31），所述连接管（3）内设有支撑板（5），所述支撑板（5）上设有连接轴（4），所述连接轴（4）穿设于所述储料箱（2）内，所述支撑板（5）底部设有导块（55），所述支撑板（5）上设有下料口（54），所述下料口（54）设于所述导块（55）上方；在制备聚羧酸减水剂时，将聚醚和水加入到反应箱（1）内，传动轴（14）带动搅拌杆（141）转动，聚醚与水在反应箱（1）内混合；将丙烯酸放入到其中一个储料箱（2）内，再将巯基乙酸、硫酸铵和水的混合物放入另外的储料箱（2）内，推动连接轴（4）带动支撑板（5）移动，根据需要滴加的量确定支撑板（5）的位置；当支撑板（5）位置确定后，储料箱（2）内的液体进入到连接管（3）内，连接管（3）内的液体从下料口（54）处往下运动，液体粘沿导块（55）往下滑落，将液体滴入到反应箱（1）内，根据先后顺序依次将相应的液体加入到反应箱（1）内，当聚羧酸减水剂制备完成后，将聚羧酸减水剂出料管（11）内排出，获得初成品聚羧酸减水剂。 2.根据权利要求1所述的一种聚羧酸减水剂生产工艺，其特征在于：将经过保温的水降温至50摄氏度后，打入复配池，加入添加剂，加水稀释后将复配好的溶液打入成品罐。 3.根据权利要求1所述的一种聚羧酸减水剂生产工艺，其特征在于：所述以上步骤均在密闭状态下进行。
聚羧酸减水剂实验室合成工艺
聚羧酸减水剂实验室合成工艺 聚羧酸类减水剂是继以木钙为代表的普通减水剂和以萘系为代表的高 效减水剂之后发展起来的第三代高性能化学减水剂，其综合性能优异，不仅具有高减水率，而且还可以有效的抑制坍落度损失，目前有较好的应用前景。日本首先于80年代初开发出聚羧酸系高效减水剂，1985年开始逐渐应用于混凝土工程。1995年以后，聚羧酸盐系减水剂在日本的使用量超过了萘系减水剂。目前国内对萘系、三聚氰胺系等高效减水剂的研究和应用已日趋完善，不少科研机构已开始转向对聚羧酸系高性能减水剂的开发与研究。聚羧酸型减水剂分子链上具有较多的活性基团,主链上连接的侧链较多,分子结构自由度大, 高性能化潜力大,因此聚羧酸型减水剂是近年来国内外研究较为活跃的高性能减水剂之一,同时也是未来减水剂发展的主导方向。本文在合成聚醚甲基丙烯酸酯大单体的基础上,采用水溶液共聚的方法合成出了聚羧酸系高效减水剂,通过因素试验确定最佳的合成工艺,并研究了其应用性能。 2 实验 2.1 实验原料及试验设备 聚醚(分子量为1200,上海台界化工有限公司) ; 对甲苯磺酸(国药集团化学试剂厂) ; 对苯二酚(天津市大茂化学试剂厂) ; 甲基丙烯磺酸钠(余姚市东泰精细化工有限公司) ; 甲苯(天津市大茂化学试剂厂) ; 甲基丙烯酸(成都科龙化工试剂厂) ; 过硫酸铵(天津市大茂化学试剂厂)等。 聚羧酸系减水剂:进口聚羧酸(p s1, 60% ) ; 国内聚羧酸(p s2, 40% ) ; 自制聚羧酸(p s3, 20% ) 。 水泥:炼石P·O 42.5 级普通硅酸盐水泥;建福P ·O42.5级普通硅酸盐水泥。 500ml三颈烧瓶;集热式恒温磁力搅拌器;温度计; 250ml滴液漏斗;旋转蒸发器等。
萘系高效减水剂与聚羧酸系 减水剂的性能比较
萘系高效减水剂与聚羧酸系减水剂的性能比较 一、混凝土减水剂概述及作用机理 减水剂是一种重要的混凝土外加剂，能够最大限度地降低混凝土水灰比，提高混凝土的强度和耐久性。减水剂分为普通减水剂和高效减水剂，减水率大于5%小于10%的减水剂称为普通减水剂，如松香酸钠、木质素磺酸钠和硬脂酸皂等；减水率大于10%的减水剂称为高效减水剂，如三聚氰胺系、萘系、氨基磺酸系、改性木质素磺酸系和聚羧酸系等。在众多高效减水剂中，具有梳形分子结构的聚羧酸系高效减水剂因其减水率高、坍落度保持性能良好、掺量低、不引起明显缓凝等优异性能，成为近年来国内外研究和开发的重点。 减水作用是表面活性剂对水泥水化过程所起的一种重要作用。减水剂是在不影响混凝土工作性的条件下，能使单位用水量减少；或在不改变单位用水量的条件下，可改善混凝土的工作性；或同时具有以上两种效果，又不显著改变含气量的外加剂。目前，所使用的混凝土减水剂都是表面活性剂，属于阴离子表面活性剂。 水泥与水搅拌后，产生水化反应，出现一些絮凝状结构，它包裹着很多拌和水，从而降低了新拌混凝土的和易性（又称工作性，主要是指新鲜混凝土在施工中，即在搅拌、运输、浇灌等过程中能保持均匀、密实而不发生分层离析现象的性能）。施工中为了保持所需的和易性，就必须相应增加拌和水量，由于水量的增加会使水泥石结构中形成过多的孔隙，从而严重影响硬化混凝土的物理力学性能，若能将这些包裹的水分释放出来，混凝土的用水量就可大大减少。在制备混凝土的过程中，掺入适量减水剂，就能很好地起到这样的作用。 混凝土中掺入减水剂后，减水剂的憎水基团定向吸附于水泥颗粒表面，而亲水基团指向水溶液，构成单分子或多分子层吸附膜。由于表面活性剂的定向吸附，使水泥胶粒表面带有相同符号的电荷，于是在同性相斥的作用下，不但能使水泥－水体系处于相对稳定的悬浮状态，而且，能使水泥在加水初期所形成的絮凝状结构分散解体，从而将絮凝结构内的水释放出来，达到减水的目的。减水剂加入后，不仅可以使新拌混凝土的和易性改善，而且由于混凝土中水灰比有较大幅度的下降，使水泥石内部孔隙体积明显减少，水泥石更为致密，混凝土的抗压强度显著提高。减水剂的加入，还对水泥的水化速度、凝结时间都有影响。这些性质在实用中都是很重要的。但是，减水剂在有效地破坏水泥浆体的絮凝结构释放出内部的自由水的同时也削弱了水泥颗粒与水之间的作用。从这个角度来说，它总是会不同程度地加剧拌合物的泌水和沉降离析现象，这是现今混凝土浇注后常在表面出现花斑，严重时则形成蜂窝麻
基于HPEG大单体常温合成高保坍型聚羧酸减水剂的研究
中国科技核心期刊全国中文核心期刊 H9F HPEG穴甲血常温台朋高保I円嬰 聚竣酸原水剂的研奔 蔡正华，韩武军,刘勇彰，周辉，吕亚林 (中建商品混凝土有限公司，湖北武汉430205) 摘要：以异丁烯醇聚氧乙烯瞇(HPEG)、丙烯酸拓乙酯(HEA)、丙烯酰胺(AM)和丙烯酸(AA)为单体，在引发剂甲醛合次硫酸氢钠(DBK)&双氧水(H?O?)和链转移剂毓基丙酸(MPA)作用下，常温合成一种具有较高保坍性和良好混凝土和易性的新型聚竣酸减水剂，并用凝胶渗透色谱(GPC)对产物的结构进行了表征。结果表明，合成的减水剂在折固掺量为0.16%,水灰比为0.29时,60-120 min其水泥净浆经时流动度仍能保持330mm稳定不变。 关键词：常温;聚竣酸减水剂;HPEG;坍落度 中图分类号:TU528.042+.2文献标识码:A文章编号:1001-702X(2019)03-0079-03 Study on the synthesis of high-protection polycarboxylate superplasticizer based on HPEG macromonomer at room temperature CAI Zhenghuay HA N Wujun,LIU Yorigzhang,ZHOU Hui,LV Yalin (China Construction Ready Mixed Concrete Co.Ltd..Wuhan430205,China) Abstract:A new type of polycarboxylate superplasticizer with excellent slump retaining ability and workbility was directly polymerized using HPEG?2-hydroxyethyl acrylate(HEA)?acrylamide(AM)and acrylic acid(AA)as monomers?Sodium formaldehyde sulfbxylate&hydrogen peroxide as initiator.and-mercaptopropionic acid(MPA)as chain transfer agent.and its structure was characterized by GPC.Results indicate that the fluidity of cement paste can attain as high as330mm and no slump loss occurs within60-120min at the dosage of0.16%and the water to cement ratio of0.29. Key words：room temperature,polycarboxylate superolasticizer.HPEG?slump loss 绿色混凝土是现代高性能混凝土研究与应用非常重要的一个发展趋势"，聚竣酸减水剂是高性能、绿色混凝土发展的关 键。传统聚竣酸减水剂生产工艺的合成温度为60合成时间为6h。传统工艺对设备要求较高，能耗大,人力成本高。 本项研究基于HPEG大单体，利用氧化还原引发体系常温合成一种具有较高保坍性能的聚竣酸减水剂。该工艺将合 成温度降低至室温，合成时间缩短为4h。改进后大幅度降低能源消耗,节约人工成本，并可降低对环境的污染。在不增加人工数量和设备的情况下，生产效率显著提高，同时电耗仅为原工艺的50%,煤耗基本消除。降低能源消耗效果极其显 收稿日期：2018-05-04；修订日期：2018-07-07 作者简介：蔡正华，男，1983年生，江苏盐城人，工程师,主要从事聚竣酸减水剂及混凝土研究。E-mail：ezh03@https://www.sodocs.net/doc/9b11372794.html,.通讯作者:韩武军，硕士，工程师，地址：武汉市青山区武钢七号门，E-mail:hanwjl01@ https://www.sodocs.net/doc/9b11372794.html, o 著,而产品的性能在原工艺基础上有所提高。投资少，与传统锅炉或电加热工艺装置相比总投资可减少30%。 1试验 1.1主要原材料 (1)合成原材料 异丁烯醇聚氧乙烯醞(HPEG)：工业级，上海台界化工有限公司(TJ-188C)；丙烯酸羟乙酯(HEA):工业级，江苏银燕化工股份有限公司；丙烯酸(AA):99.5%,工业级,上海华谊:甲醛合次硫酸氢钠(DBK)、双氧水(HA-30%)、籬基丙酸(MPA):AR,国药集团化学试剂有限公司。 (2)性能测试用材料 水泥:P-O42.5,华新水泥;粉煤灰:武钢II级灰;矿粉: S95,武新矿粉;石:武穴碎石,5-31.5mm连续级配;砂:岳阳河砂，细度模数2.8；聚竣酸减水剂:ZJSS-01、ZJSS-02、ZJSS-03、ZJSS-04,中建三局外加剂厂生产的第一代、第二代、第三 NEW BUILDING MATERIALS?79?
聚羧酸减水剂生产工艺
聚羧酸减水剂生产工艺 一、引言 一般认为，减水剂的发展分为三个阶段：以木质素磺酸钙为代表的第一代普通减水剂阶段；以萘系为代表的第二代高效减水剂阶段；以聚羧酸系为代表的第三代高性能减水剂阶段。 与传统的减水剂相比，聚羧酸系高性能减水剂有很多特点：1.在合成工艺上，聚羧酸系高性能减水剂采用不饱和单体共聚合成而不是传统减水剂使用的缩聚合成，因此该类减水剂的合成原料非常之多，通常有聚乙二醇、（甲基）丙烯酸、烯丙醇聚氧乙烯醚等。2.在分子结构上，聚羧酸系高性能减水剂的分子结构是线形梳状结构，而不是传统减水剂单一的线形结构。该类减水剂主链上聚合有多种不同的活性基团，如羧酸基团（—COOH）、羟基基团（—OH）、磺酸基（—SO3Na）等，可以产生静电斥力效应；其侧链带有亲水性的非极性活性基团，具有较高的空间位阻效应。由于其广泛的原料来源，独特的分子结构，故而具有前两代减水剂不可比拟的优点，加上在合成过程中不使用甲醛，属绿色环保产品，因此，已成为混凝土外加剂研究领域的重点和热点之一。 但是，也许是涉及技术秘密，目前该领域的研究成果报道较少，尤其是聚羧酸系高性能减水剂的合成工艺。因此，本文在此予以简介之。 二、聚羧酸系高性能减水剂合成工艺简介。 聚羧酸系高性能减水剂目前主要存在聚酯类和聚醚类两大主流产品。聚酯类：包括酯化和聚合两个过程。聚醚类：只有聚合一个过程。 (一)、聚酯类聚羧酸系高性能减水剂合成工艺。 1、合成工艺简图 冷凝器去离子水 ↓↓
聚乙二醇过硫酸铵↓ →→→→→→酯化→→→→→计量槽→→聚合中和成 甲基丙烯酸→→→→ →→→→→→反应→→→→→计量槽→→反应反应品 ↑↑ ↑↑ 去离子水氢氧化钠 2、反应过程如下： （1）、酯化反应（制备大单体）：计量聚乙二醇1200料3960kg，将其在水浴中溶化，加入反应釜内，同时加入甲基丙烯酸1140kg，以及小料1份（对苯二酚：5.28kg、吩噻嗪：1.06kg），升温至90℃，加入浓硫酸69.3kg，继续升温至120℃，保持4.5小时，后充氮气2小时，（6㎡／时，每30分钟充1瓶，共4瓶），反应完成，得到减水剂中间大分子单体聚乙二醇单甲基丙烯酸酯和水。（经减压蒸馏脱水，酸化反应更为完全）。 （2）、聚合反应：采用过硫酸铵引发、水溶液聚合法。计量酯化产物即聚乙二醇单甲基丙烯酸酯1545kg，丙烯酸77.3kg，分子量调节剂十二烷基硫醇21.3kg，配以130 kg去离子水，泵入滴定罐A备用，是为A料。计量过硫酸铵34.5kg，配以950kg去离子水，泵入滴定罐B备用，是为B料。加去离子水1425kg 入釜，升温至85℃，同时滴定A、B料。A料3小时滴定完，B料3.5小时滴定完，保温1.5小时。（温度控制：90±2℃）。 （3）、中和反应，将反应好的聚合物降温至50℃以下，边搅拌边加入片碱100kg，调节PH值6—7，反应完成，得到含固量为30%的聚酯类聚羧酸系高性能减水剂成品。 (二)、聚醚类聚羧酸系高性能减水剂合成工艺
聚酸酸减水剂合成工艺
1 实验 1.1 原材料 丙烯酸（AA）、甲基丙烯磺酸钠（MAS）、过硫酸铵（APS）均为市售化学试剂；聚氧乙烯基烯丙酯大单体，自制，其聚合度分别约为9、23、35；水泥，P.O42.5R，重庆腾辉江津水泥厂产。 1.2 聚羧酸减水剂的合成方法 将丙烯酸、甲基丙烯磺酸钠、过硫酸铵、聚氧乙烯基烯丙酯大单体分别用去离子水配成浓度为20%的水溶液。在装有搅拌器、回流冷凝管及温度计的三颈烧瓶中分批滴加单体及引发剂，滴加完毕后在75℃下保温反应一定时间。反应结束后，用浓度为20%的NaOH水溶液调节PH值至7～8，得到浓度约为20%的黄色或红棕色聚羧酸减水剂。 1.3 正交试验设计 采用正交试验方法，通过改变丙烯酸（AA）、甲基丙烯磺酸钠（MAS）、聚氧乙烯基烯丙酯大单体（PA）、过硫酸铵（APS）4个因素的用量，考察四因素在三水平下合成的聚羧酸减水剂对水泥净浆初始流动度及流动度经时损失的影响，从而确定聚羧酸减水剂的最佳合成配方。正交试验因素及水平见表1，表中引发剂APS用量为MAS、AA、PA等3种单体总质量的百分比。表2为不同实验组数对应的各因素水平。 1.4 掺减水剂水泥净浆流动度测试方法 水泥净浆初始流动度按GB8077-2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》中测定水泥净浆初始流动度的方法进行测试，W/C为0.29。 水泥净浆流动度经时损失的测试方法为：保持一定水灰比，加入一定量的聚羧酸减水剂，按GB8077-2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》每隔一定时间测试水泥净浆的流动度。 2 结果与分析 2.1 减水剂掺量对水泥净浆初始流动度的影响 表3为对在表2中1～9组的3种聚羧酸减水剂（JH9、JH23、JH35）在不同掺量时对水泥净浆初始流动度的影响。 由表3可知，当减水剂掺量大于0.5%以后，增加减水剂掺量，水泥净浆初始流动度增大变缓。表明该聚羧酸减水剂的饱和掺量为水泥质量的0.5～0.8%。 2.2 聚羧酸减水剂合成配方的确定 通过对表3的实验结果计算分析，可看出减水剂掺量为0.5%时四因素对水泥净浆初始流动度影响的显著程度。聚羧酸减水剂合成时各因素对水泥净浆初始流动度影响的极差分析见表)（减水剂掺量为0.5%）。 2.2.1 聚羧酸减水剂JH9合成配方的确定 由表4可知：（1）在设计的原料用量范围内，掺JH9的水泥净浆初始流动度随MAS、AA用量的增加而增加，随PA和APS用量的增加而下降；（2）由极差R可知，四因素对水泥净浆初始流动度影响均较显著，影响程度从大到小依次为：PA、APS、AA、MAS；（3）JH9的较佳合成配方为：MAS：AA：PA（摩尔）=1.5：（5.0～7.0）：（1.0～1.25）,APS的用量为15%。 图1为四因素在三水平下所合成的JH9聚羧酸减水剂对水泥净浆流动度经时损失的影响。图1中的水泥净浆流动度为各因素分别在三水平下的算术平均值，减水剂掺量为水泥质量的0.8%（图2和图3与此相同）。 由图1可知，MAS用量对水泥净浆的初始流动度影响不大，但增大MAS用量有利于水泥净浆流动度的保持，MAS用量为1.0～1.5mol时，水泥净浆流动度经时损失曲线基本接近，因此，MAS用量取1.0～1.5mol为宜；增大AA用量对水泥净浆初始流动度有利，但PA用量过大对水泥净浆的流动度保持不利，AA用量取5.0mol为宜；PA用量对水泥净浆流动度的保
JG∕T223-2007聚羧酸系高性能减水剂
JG∕T223-2007聚羧酸系高性能减水剂JG 中华人民共和国建筑工业行业标准 JG/T 223—2007 聚羧酸系高性能减水剂 Polycarboxylates high performance water-reducing admixture 2007—08—01发布 2007—12—01实施 中华人民共和国建设部发布 JG/T 223-2007 前言 本标准为首次制定。 本标准由建设部标准定额研究所提出。 本标准由建设部建筑工程标准技术归口单位中国建筑科学研究院归口。 本标准负责起草单位:中国建筑科学研究院。 本标准参加起草单位:巴斯夫(中国)有限公司、广州富斯乐有限公司、江苏省建筑科学研究院、淘正化工(上海)有限公司、上海建研建材科技有限公司、上海麦斯特建材有限公司、上海申立建材有限公司、上海市建筑科学研究院、深圳市迈地砼外加剂有限公司、同济大学、中冶集团建筑研究总院北京冶建特种材料有限公司、四川柯帅外加剂有限公司、北京市建筑材料质量监督检验站、浙江科威工程材料有限公司。 本标准主要起草人:郭延辉、赵霄龙、郭京育、薛庆、顾涛、朱艳芳、张艳玲、冉千平、王豪源、宣怀平、王绍德、马明元、姚利君、陈伟国、蒋正武、孙振平、梅名虎、帅希文、宋作宝、方兴中。 JG/T 223-2007
聚羧酸系高性能减水剂 1 范围 本标准规定了用于水泥混凝土中的聚羧酸系高性能减水剂的术语和定义、分类与标记、要求、试验方法、检验规则、包装、出厂、贮存等。 本标准适用于在水泥混凝土中掺用的聚羧酸系高性能减水剂。 2规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB 8076 混凝土外加剂 GB/T 8077 混凝土外加剂匀质性试验方法 GB 18582 室内装饰装修材料内墙涂料中有害物质限量 GB/T 50080 普通混凝土拌合物性能试验方法标准 GB/T 50081 普通混凝土力学性能试验方法标准 GBJ 82 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法 JC 473 混凝土泵送剂 JC 475—2004 混凝土防冻剂 JGJ 52 普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准 JGJ 63 混凝土用水标准 3术语和定义 3(1 聚羧酸系高性能减水剂 polycarboxylates high performance water-reducing admixture
【CN109970924A】一种常温合成复合功能性聚羧酸减水剂母液及其制备方法【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910277689.5 (22)申请日 2019.04.08 (71)申请人 四川铁科新型建材有限公司 地址 610400 四川省成都市金堂县淮口镇 四川金堂工业园区现代大道 (72)发明人 苏琳 邓斌 李胜龙 仲一夫 兰海堂 (74)专利代理机构 四川省成都市天策商标专利 事务所 51213 代理人 刘兴亮 (51)Int.Cl. C08F 283/06(2006.01) C08F 220/06(2006.01) C08F 220/14(2006.01) C08F 222/06(2006.01) C08F 2/38(2006.01)C04B 24/26(2006.01)C04B 103/30(2006.01) (54)发明名称一种常温合成复合功能性聚羧酸减水剂母液及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种常温合成复合功能性聚羧酸减水剂母液及其制备方法，属于化工技术领域。由如下重量份的各组分构成：去离子净化水：30—36份；聚醚类单体：38—48份；A溶液：9—10份；B溶液：6—7份；C溶液：6—8份；次亚磷酸钠：0.8-1份。整个聚羧酸减水剂的生产过程中，包括原料的分别制备过程，对环境及生产原料的的温度控制要求小，生产周期短。本发明的聚羧酸减水剂各项性能优良，适应各种砂石水泥。应用范围广。用本发明的聚羧酸减水剂配制的混凝土工作性好，强度高。本发明与现有聚羧酸减水剂及萘系等其他减水剂相比， 具有明显的经济优势。权利要求书1页 说明书5页CN 109970924 A 2019.07.05 C N 109970924 A
聚羧酸减水剂的优势
推广聚羧酸减水剂的重要意义 （1）节约能源、资源 目前我国正处于高速发展、建设时期，能源资源相对紧缺是制约快速发展的重要问题。一方面聚羧酸减水剂与掺合料具有良好的匹配性，促进了工业副产品的应用，另一方面以其高减水率，可以节约大量的水泥，这就意味着一个工程可以节约成千上万吨的水泥，缓解目前资源和能源紧缺的问题，同时减少熟料烧成带来的环境污染方面有着重要的作用，符合绿色建材的发展方向。 （2）低环境负荷，促进绿色建材发展 甲醛为较高毒性的物质，在我国有毒化学品优先控制名单上甲醛高居第二位。甲醛已经被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质，是公认的变态反应源，也是潜在的强致突变物之一。研究表明，甲醛具有强烈的致癌和促癌作用。甲醛对人体健康的影响主要表现在嗅觉异常、刺激、过敏、肺功能异常、肝功能异常和免疫功能异常等方面。其浓度与危害性见表1-1。 表1 甲醛对人体健康的影响 萘系减水剂为萘磺酸甲醛缩合物，采用工业萘经浓硫酸磺化后，再用一定量
的甲醛与萘磺酸反应生成甲醛缩合物，最后用碱来中和，得到萘的磺化甲醛缩合物的钠盐和硫酸钠的混合物，即萘系减水剂。合成分为四个反应步骤，即磺化反应、水解反应、缩合反应及中和反应。其中缩合反应需要用到大量的甲醛，对环境造成污染。如果生产时合成工艺控制不当，产品很容易带有大量的游离甲醛，在运输和使用过程中对环境造成二次污染。 为了进一步控制室内环境污染，提高民用建筑工程的室内环境质量，目前国家建设部及有关部门提出：加强对混凝土外加剂的甲醛污染控制，提出了在控制混凝土外加剂里面的氨气污染同时，控制混凝土外加剂里面的甲醛污染，从而有效避免毛坯房室内空气中甲醛超标。聚羧酸减水剂合成采用水溶液自由基聚合，整个过程无甲醛及其他有害释放物，无废水废气排放，符合绿色建材的发展方向。 同时，聚羧酸减水剂的使用，有利于缓解CO2温室效应。2008年中国水泥产量13.9亿吨，CO2排放量为62亿吨，超过美国，位居世界第一。聚羧酸减水剂以其高减水率，可降低10～15％的水泥，可减少1～2亿吨CO2排放。 （3）提高混凝土耐久性，促进混凝土高性能化发展 混凝土工程因其工程量大，耐久性不足对未来社会造成非常沉重的负担。美国有调查表明，美国的混凝土基础设施工程总价值约为6万亿美元，每年所需维修费或重建费约为3千亿美元。美国50万座公路桥梁中20万座已有损坏，平均每年有150-200座桥梁部分或完全坍塌，寿命不足20年；美国共建有混凝土水坝3000座，平均寿命30年，其中32%的水坝年久失修。美国对二战前后兴建的混凝土工程，在使用30-50年后进行加固维修所投入的费用，约占建设总投资的40%-50%以上。目前，我国的基础设施建设工程规模宏大，每年高达２万亿元人民币以上，约30-50年后，这些工程也将进入维修期，所需的维修费或重建费将更为巨大。因此，提高混凝土的耐久性对于当前实现可持续发展战略，更好地利用资源、节约能源和保护环境，都具有十分重要的意义。 众所周知，碱是诱发混凝土碱-骨料反应[23]的主要因素之一，是影响混凝土耐久性的重要因素。而由于碱-骨料反应导致大坝损毁的在国内外屡见不鲜，如巴西的Moxoto大坝和法国的Chambon大坝，前者在工程完工3年后便出现了碱-骨料反应，后者在建成后50～60年发生了碱-骨料反应。混凝土中碱主要来源于水泥、粉煤灰、减水剂等原材料。世界上对于碱含量的控制也非常重视，南非
聚羧酸减水剂合成工艺配方方案
聚羧酸减水剂合成工艺配方的确定 摘要：采用自由基水溶液共聚方法合成聚羧酸减水剂。通过正交试验考察不同配方时所合成的聚羧酸减水剂对水泥净浆流动度及经时损失的影响，确定不同侧链长度聚羧酸减水剂的最佳合成配方。 关键词：聚羧酸减水剂；水泥净浆；流动度；配方；工艺；合成 聚羧酸型减水剂分子链上具有较多的活性基团，主链上连接的侧链较多，分子结构自由度大，高性能化潜力大，因此聚羧酸型减水剂是近年来国内外研究较为活跃的高性能减水剂之一，同时也是未来减水剂发展的主导方向。 本文采用聚合度分别约为9、23、35的自制聚氧乙烯基烯丙酯大单体（PA）分别与丙烯酸、甲基丙烯磺酸钠在引发剂过硫酸铵作用下进行自由基水溶液共聚反应，得到不同侧链长度的聚羧酸减水剂，分别记为JH9、JH23、JH35。通过正交试验分析考察单体及引发剂用量不同时所合成的聚羧酸减水剂对水泥净浆初始流动度及流动度经时损失的影响，确定不同侧链长度聚羧酸减水剂的最佳配方。并分析在最佳合成配方下合成的不同侧链长度的聚羧酸减水剂对水泥净浆的初始流动度及经时损失的影响。 1 实验 1.1 原材料 丙烯酸（AA）、甲基丙烯磺酸钠（MAS）、过硫酸铵（APS）均为市售化学试剂；聚氧乙烯基烯丙酯大单体，自制，其聚合度分别约为9、23、35；水泥，P.O42.5R，重庆腾辉江津水泥厂产。 1.2 聚羧酸减水剂的合成方法 将丙烯酸、甲基丙烯磺酸钠、过硫酸铵、聚氧乙烯基烯丙酯大单体分别用去离子水配成浓度为20%的水溶液。在装有搅拌器、回流冷凝管及温度计的三颈烧瓶中分批滴加单体及引发剂，滴加完毕后在75℃下保温反应一定时间。反应结束后，用浓度为20%的NaOH水溶液调节PH值至7～8，得到浓度约为20%的黄色或红棕色聚羧酸减水剂。 1.3 正交试验设计 采用正交试验方法，通过改变丙烯酸（AA）、甲基丙烯磺酸钠（MAS）、聚氧乙烯基烯丙酯大单体（PA）、过硫酸铵（APS）4个因素的用量，考察四因素在三水平下合成的聚羧酸减水剂对水泥净浆初始流动度及流动度经时损失的影响，从而确定聚羧酸减水剂的最佳合成配方。正交试验因素及水平见表1，表中引发剂APS用量为MAS、AA、PA等3种单体总质量的百分比。表2为不同实验组数对应的各因素水平。
聚羧酸减水剂常温制备工艺及性能研究
2018年05 月 聚羧酸减水剂常温制备工艺及性能研究 张小虎王剑锋（中交二公局东萌工程有限公司，陕西西安710065） 摘要：随着社会经济的发展，建筑行业的发展较快，建筑 工程项目在施工建设中，应用绿色环保技术，对于提升项目建设效益，促进经济可持续发展具有重要作用。隧道工程、桥梁工程、大坝工程、公路工程以及高层建筑在施工中，需要适用大量的建筑材料，其中混凝土材料的使用量大，水泥配置比影响其性能，在水泥混凝土中使用水泥分散剂，即聚羧酸减水剂，对于混凝土的搅拌和性能优化作用明显。聚羧酸减水剂性能高，在建筑工程领域应用广泛，适用于水泥混凝土的搅拌，并且具有不易燃易爆和绿色环保的特征，工程实用性强。聚羧酸减水剂常温制备工艺简单、操作方便，生产成本和能耗也低，本篇文章在此基础上，主要对聚羧酸减水剂常温制备工艺及性能方面进行研究和分析。 关键词：聚羧酸减水剂；常温制备；合成工艺；材料性能建筑工程项目在施工建设中，对于工程材料方面要严格把好关，不同类型的建筑项目施工需要使用大量的水泥混凝土，在混凝土材料中适当添加减水剂，对于混凝土材料性能优化和 施工质量控制等具有良好效果[1] 。聚羧酸减水剂的分子结构中含有羧酸，是一种接枝共聚物，聚羧酸减水剂的支链结构特征较为明显，一般是聚氧乙烯形成的“接枝状”支链或者是“梳状”支链，这种组成形式比较有利于提高分子功能基团的表面活性。现代建筑业发展中，无论是高速公路、机场还是桥梁、房屋等的建设，水泥混凝土材料的拌制对于聚羧酸减水剂需求量较大，市场上的聚羧酸减水剂通常有两种类型，一种是酯类聚羧酸减水剂，是先酯化后共聚合成的减水剂材料，制备工艺较为复杂，操作难度也大，而另一种则是醚类聚羧酸减水剂，一步合成、工艺简单，因而市场份额较大。关于聚羧酸减水剂常温制备工艺及性能方面的内容，均需要结合实践情况，展开研究与探讨。 1聚羧酸减水剂常温制备工艺的实验研究 （1）工艺分析 聚羧酸减水剂是一种新型的混凝土外加剂，在水泥混凝土材料中的掺量低，但是减水率高，使用环保，因而工程效益显著，聚羧酸减水剂在自由度设计方面，能够对其进行改性，具有多种功能，改性产品包括保坍剂和早强减水剂等[2]。对聚羧酸减水剂的常温制备工艺进行分析，能够对其技术环节进行适当的改进，一般聚羧酸减水剂合成温度在60℃~80℃之间，聚羧酸减水剂常温制备过程中的升温和调温会对生产周期造成影响，能耗和成本均会增加，在这种情况下，将聚羧酸减水剂合成用原材料和反应单体等，放置在常温的储罐中通过滴加搅拌使其充分反应，不需要再对其进行加温，直接保温6小时，然后得到成品，其分散性能高。（2）合成材料 聚羧酸减水剂在常温制备的过程中，由于聚合反应的温度明显降低，反应速率也会同步降低，同一反应时间内，聚羧酸减水剂产物聚合度低，产品性能受影响，对此，要对聚羧酸减水剂制备材料进行分析。聚羧酸减水剂合成的实验材料包括甲基丙烯磺酸钠、丙烯酸、抗坏血酸、氢氧化钠和过硫酸铵等。其中 工业级的甲基烯丙基聚氧乙烯醚的分子量为2400，合成聚羧酸减水剂，是将一定量的去离子水和甲基烯丙基聚氧乙烯醚加入到容量为500ml 的烧瓶中，调制氢氧化钠的ph 值在7.0左右，氢氧化钠质量分数为40%。获得试样后，调制去离子水固含量40%，整个工艺流程不需要进行加热处理，控制聚合体系的温度在25℃[3]。（3）性能测试 对聚羧酸减水剂的常温制备工艺进行研究，能够及时发现减水剂合成中的技术问题，改进合成方案，控制产品的生产能耗以及制备成本等[4]。在实验分析中，对聚羧酸减水剂常温制备的性能进行测试，水泥净浆流动度要根据《混凝土外加剂匀质性实验方法》标准，测定聚羧酸减水剂合成样品初始的净浆流动度是否固掺量0.13%、水灰比0.29。对于聚羧酸减水剂水泥净浆流动度较大的，还要对其1h 保坍效果、扩展度和初始坍落度进行测定，其中细骨料为河沙，细度模数1.1，粗骨料为碎石，连续级配为5~10mm 和10~20mm ，粉煤灰样品固含量配成8%，应用红外光谱测定聚羧酸减水剂中含有的官能团。 2聚羧酸减水剂性能分析 （1）合成温度对聚羧酸减水剂性能的影响 在对聚羧酸减水剂合成工艺进行研究分析中发现，聚羧酸减水剂常温制备的水泥净浆流动度受聚羧酸减水剂合成温度的影响[5]。根据合成实验，在其他因素不变的情况下，聚羧酸减水剂合成温度升高，水泥净浆流动度也在明显的增加，聚羧酸减水剂对于水泥混凝土的颗粒分散能力增强。但是在聚羧酸减水剂合成温度较低的情况下，引发剂引发率显著降低，总反应速率也受到影响明显降低，同时降低了聚羧酸减水剂聚合物聚合度，聚羧酸减水剂分散性降低。根据实验分析发现，聚羧酸减水剂的合成温度在20~40℃时聚合物分散能力无明显变化，温度在40~60℃时水泥净浆流动度增加，且引发剂引发效果最佳是在60℃，其引发作用受温度降低影响，水泥净浆流动度减弱。（2）引发剂用量对聚羧酸减水剂性能的影响聚羧酸减水剂常温制备的实验分析中发现，引发剂用量不同，水泥净浆流动度受到的影响也不同。在20℃对聚羧酸减水剂制备氧化剂的用量进行调整，在40℃对聚羧酸减水剂制备还原剂的用量进行调整，但是氧化剂和还原剂的摩尔比一致，不改变其他的合成条件，对制备的聚羧酸减水剂试样进行水泥净浆流动度测试。增加引发剂用量，水泥净浆流动度也随之增加，20℃以下的聚羧酸减水剂，PC5初始水泥净浆流动度值达到最大，其中PC1、PC2的水泥净浆流动度增长速度快，一小时内损失小，PC4、PC5水泥净浆流动度在经过一小时后出现流化现象。聚羧酸减水剂在40℃以下条件下的合成，PC5水泥净浆流 动度初始值达到最大[6] 。（3）合成比对聚羧酸减水剂性能的影响聚羧酸减水剂常温制备中，合成配比条件不变，合成温度升高，水泥净浆流动度加快，且聚羧酸减水剂的水泥颗粒分散性增强，温度降低后，引发剂速率降低，聚羧酸减水剂聚合物聚 198
聚羧酸减水剂配方
聚羧酸减水剂配方 摘要：采用自由基水溶液共聚方法合成聚羧酸减水剂。通过正交试验考察不同配方时所合成的聚羧酸减水剂对水泥净浆流动度及经时损失的影响，确定不同侧链长度聚羧酸减水剂的最佳合成配方。 关键词：聚羧酸减水剂；水泥净浆；流动度；配方 聚羧酸型减水剂分子链上具有较多的活性基团，主链上连接的侧链较多，分子结构自由度大，高性能化潜力大，因此聚羧酸型减水剂是近年来国内外研究较为活跃的高性能减水剂之一，同时也是未来减水剂发展的主导方向。 本文采用聚合度分别约为9、23、35的自制聚氧乙烯基烯丙酯大单体（PA）分别与丙烯酸、甲基丙烯磺酸钠在引发剂过硫酸铵作用下进行自由基水溶液共聚反应，得到不同侧链长度的聚羧酸减水剂，分别记为JH9、JH23、JH35。通过正交试验分析考察单体及引发剂用量不同时所合成的聚羧酸减水剂对水泥净浆初始流动度及流动度经时损失的影响，确定不同侧链长度聚羧酸减水剂的最佳配方。并分析在最佳合成配方下合成的不同侧链长度的聚羧酸减水剂对水泥净浆的初始流动度及经时损失的影响。 1 实验 1.1 原材料
丙烯酸（AA）、甲基丙烯磺酸钠（MAS）、过硫酸铵（APS）均为市售化学试剂；聚氧乙烯基烯丙酯大单体，自制，其聚合度分别约为9、23、35；水泥，P.O42.5R，重庆腾辉江津水泥厂产。 1.2 聚羧酸减水剂的合成方法 将丙烯酸、甲基丙烯磺酸钠、过硫酸铵、聚氧乙烯基烯丙酯大单体分别用去离子水配成浓度为20%的水溶液。在装有搅拌器、回流冷凝管及温度计的三颈烧瓶中分批滴加单体及引发剂，滴加完毕后在75℃下保温反应一定时间。反应结束后，用浓度为20%的NaOH水溶液调节PH值至7～8，得到浓度约为20%的黄色或红棕色聚羧酸减水剂。 1.3 正交试验设计 采用正交试验方法，通过改变丙烯酸（AA）、甲基丙烯磺酸钠（MAS）、聚氧乙烯基烯丙酯大单体（PA）、过硫酸铵（APS）4个因素的用量，考察四因素在三水平下合成的聚羧酸减水剂对水泥净浆初始流动度及流 动度经时损失的影响，从而确定聚羧酸减水剂的最佳合成配方。正交试验因素及水平见表1，表中引发剂APS用量为MAS、AA、PA等3种单体
聚羧酸高效外加剂的技术性能指标
聚羧酸高效外加剂的技术性能指标 一、技术性能 PC聚羧酸系高性能减水剂匀质性指标 PC聚羧酸系高性能减水剂混凝土性能指标
二、使用说明 1、PC聚羧酸系高性能减水剂的掺量为胶凝材料总重量的0.1%～1.5%，常用掺量为0.8%～2.5%。使用前应进行混凝土试配试验，以求最佳掺量。 2、PC聚羧酸系高性能减水剂不可与萘系高效减水剂混合使用，使用PC聚羧酸系高性能减水剂时必须将使用过萘系高效减水剂的搅拌机和搅拌车冲洗干净否则可能会失去减水效果。 3、使用PC聚羧酸系高性能减水剂时，可以直接以原液形式掺加，也可以配制成一定浓度的溶液使用，并扣除PC聚羧酸系高性能减水剂自身所带入的水量。 4、由于掺用PC聚羧酸系高性能减水剂混凝土的减水率较大，因此坍落度对用水量的敏感性较高，使用时必须严格控制用水量。 5、PC聚羧酸系高性能减水剂与绝大多数水泥有良好的适应性，但对个别水泥有可能出现减水率偏低，坍落度损失偏大的现象。另外，水泥的细度和储存时间也可能会影响PC聚羧酸系高性能减水剂的使用效果。此时，建议通过适当增大掺量或复配其它缓凝组分等方法予以解决。 6、掺用PC聚羧酸系高性能减水剂后，混凝土含气量有所增加（一般为2%～5%）有利于改善混凝土的和易性和耐久性. 7、由于PC聚羧酸系高性能减水剂掺量小、减水率高，使用PC聚羧酸系高性能减水剂配制C45以上的各类高性能混凝土，可以大幅度降低工程成本，具有显著的技术经济效益；用于配制 C45以下等级混凝土，虽然PC聚羧酸系高性能减水剂的成本偏高，但可以通过增加矿物掺合料用量，降低混凝土的综合成本，同样具有一定的技术经济效益。 三、作用机理 减水作用是表面活性剂对水泥水化过程所起的一种重要作用。减水剂是在不影响混凝土工作性的条件下，能使单位用水量减少；或在不改变单位用水量的条件下，可改善混凝土的工作性；或同时具有以上两种效果，又不显著改变含气量的外加剂。目前，所使用的混凝土减水剂都是表面活性剂，属于阴离子表面活性剂。 水泥与水搅拌后，产生水化反应，出现一些絮凝状结构，它包裹着很多拌和水，从而降低了新拌混凝土的和易性（又称工作性，主要是指新鲜混凝土在施工中，即在搅拌、运输、浇灌等过程中能保持均匀、密实而不发生分层离析现象的性能）。施工中为了保持所需的和易性，就必须相应增加拌和水量，由于水量的增加会使水泥石结构中形成过多的孔隙，从而严重影响硬化混凝土的物理力学性能，若能将这些包裹的水分释放出来，混凝土的用水量就可大大减少。在制备混凝土的过程中，掺入适量减水剂，就能很好地起到这样的作用。 混凝土中掺入减水剂后，减水剂的憎水基团定向吸附于水泥颗粒表面，而亲水基团指向水溶液，构成单分子或多分子层吸附膜。由于表面活性剂的定向吸附，使水泥胶粒表面带有相同符号的电荷，于是在同性相斥的作用下，不但能使水泥－水体系处于相对稳定的悬浮状态，而且，能使水泥在加水初期所形成的絮凝状结构分散解体，从而将絮凝结构内的水释放出来，达到减水的目的。减水剂加入后，不仅可以使新拌混凝土的和易性改善，而且由于混凝土中水灰比有较大幅度的下降，使水泥石内部孔隙体积明显减少，水泥石更为致密，混凝土的抗压强度显著提高。减水剂的加入，还对水泥的水化速度、凝结时间都有影响。这些性质在实用中都是很重要的。 四、包装