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聚羧酸减水剂的合成及应用性能研究
admin在2020-10-23发布 频道:行业资讯 标签:
     
摘要:以丙烯酸(AA)、甲基烯丙基磺酸钠(SMAS)和甲基烯丙醇聚氧乙烯醚(HPEG)为单体,根据自由基共聚反应机理制备了水溶性共聚物聚羧酸减水剂。探讨了不同反应条件对减水剂分散性能的影响,通过水泥净浆流动度对其应用性能进行检测,得到的最佳合成条件为:AA与HPEG的摩尔比为4:1,引发剂用量为单体质量的2%,反应温度为60℃。所制聚羧酸减水剂对水泥净浆具有良好的分散作用。

0 前言
  聚羧酸减水剂作为第三代高性能减水剂具有掺量低、减水率高、混凝土坍落度损失小、强度高等优良性能,而且生产过程中对人体无危害,对环境无污染,属于绿色环保型材料[1-2]。聚羧酸减水剂的作用机理主要有静电排斥作用、空间位阻作用和水化膜润滑作用三种[3-5]。正是因为聚羧酸减水剂的优良性能,使得其在我国的应用越来越广泛[6]。本论文通过自由基共聚机理制备一种高性能聚羧酸减水剂,并对其应用性能进行检测。

实验部分
1.1 实验原料
  丙烯酸、过硫酸铵、氢氧化钠为市售分析纯,甲基丙烯磺酸钠为天津市巴斯夫化工有限公司工业品,甲基烯丙醇聚氧乙烯醚为辽宁奥克化学股份有限公司工业品。
1.2 合成方法
  在装有搅拌器和恒压滴液漏斗的三口烧瓶中,依次加入甲基烯丙醇聚氧乙烯醚、甲基丙烯磺酸钠和一定量的去离子水,搅拌溶解,升至一定温度后,分别滴加引发剂过硫酸铵和丙烯酸单体水溶液,在2-3h内滴完。滴加完毕后保温反应2h,降温至室温,用30%NaOH溶液调节pH值为6-7。得到浅黄色聚羧酸减水剂溶液。
1.3.水泥净浆流动度检测
  净浆流动度按照国标《混凝土外加剂匀质性试验方法》GB/T 8077-2012来测定,首先,将玻璃板水平放置于桌子上,用湿布将玻璃板、截锥圆模、搅拌锅以及搅拌器擦湿,但表面不带水渍,将截锥圆模放置于玻璃板中央并用湿布覆盖;其次称取300g水泥于搅拌锅中,加入一定量的聚羧酸减水剂和87g水,立即将搅拌锅装到搅拌机上进行搅拌(慢速搅拌120s,停15s,快速搅拌120s);最后将搅拌好的净浆迅速倒入截锥圆模中,用刮刀刮平,将截锥圆模垂直提起,让水泥净浆在玻璃板上自由淌开,同时开启秒表计时,待水泥净浆在玻璃板上流动至30s,量取流淌部分相互垂直的两个方向最大直径并记录,平行测量三次,取其平均值来作为水泥净浆流动度。分别测量初始、30min、60min、90min以及120min时的水泥净浆流动度。

结果与讨论
2.1 影响因素
2.1.1 酸醚比对聚羧酸减水剂分散性的影响
  丙烯酸与甲基烯丙醇聚氧乙烯醚的摩尔比是影响聚羧酸减水剂分散性的重要因素,本论文通过水泥净
流动度的大小来反映聚羧酸减水剂的分散性能。在其他条件不变的情况下,改变酸醚比,考察其对聚羧酸减水剂性能的影响,结果见图1。
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图1 酸醚比对聚羧酸减水剂分散性能的影响
  由图1可知,当丙烯酸与甲基烯丙醇聚氧乙烯醚的摩尔比低于4:1时,提高酸醚比,水泥净流动度逐渐增大,聚羧酸减水剂的分散性能增加;当酸醚比大于4:1时,增加酸醚比,水泥净流动度下降,聚羧酸减水剂的分散性能降低。增加丙烯酸用量,减水剂中­COO-含量增大,聚羧酸减水剂静电排斥能力增强;增加甲基烯丙醇聚氧乙烯醚用量,聚羧酸减水剂中侧链密度增大,减水剂的空间位阻能力增强。然而聚羧酸减水剂的分散机理是通过静电斥力和空间位阻共同作用的,因此,合适的酸醚比才能使聚羧酸减水剂的分散能力发挥到最佳,从研究可得本论文所制聚羧酸减水剂最佳酸醚比为:4:1。
2.1.2 引发剂用量对聚羧酸减水剂分散性的影响
  控制其他条件恒定,改变引发剂(NH4)2S2O8的用量(以单体质量计),考察引发剂用量对聚羧酸减水剂分散性能的影响,结果见图2。
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图2 引发剂用量对聚羧酸减水剂分散性能的影响
  由图2可知,随着引发剂用量增大,产生活性自由基的速度加快,单体转化率随之升高,水泥净流动度增加,聚羧酸减水剂的分散性能提高;但随着引发剂用量继续增大,体系中形成的活性中心也继续增加,单体聚合速度加快,使得链段的增长受到抑制,合成的减水剂不能充分发挥其空间位阻效应,反而使水泥净流动度下降,聚羧酸减水剂的分散性能降低。因此,最佳引发剂用量为单体质量的2.2%。
2.1.3反应温度对聚羧酸减水剂分散性的影响
  固定其他条件不变,改变反应温度,考察其对聚羧酸减水剂分散性能的影响,结果见图3。
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图3 反应温度对聚羧酸减水剂分散性能的影响
  由图3可知,温度从55℃升至60℃,水泥净浆流动度增大,聚羧酸减水剂的分散性能增强;而温度从60℃升至75℃,流动度反而降低,减水剂分散性能减弱。可见反应温度过低或过高对聚羧酸减水剂的分散性能都是不利的。原因是当引发剂用量一定,反应温度过低时,反应不够剧烈,产生的活性自由基速度缓慢,单体转化率较低,制得的聚羧酸减水剂分散性能较弱,水泥净浆的黏度较大,流动度相应较小;反应温度过高时,引发剂受热分解速度加快,活性自由基的生成速度随之加快,聚合速度进而也增加,高分子链段的增长受到抑制,从而不能充分发挥其空间位阻效应,也会使水泥净浆黏度增大,流动度降低[7]。因此,最佳聚合反应温度为60℃。
2.2 分散性能
  通过水泥净
流动度检测用最佳工艺所制聚羧酸减水剂的分散性能,其中聚羧酸减水剂的掺量为水泥质量的0.2%,水泥净流动度随时间的变化曲线如图4。
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图 4时间对净浆流动度的影响
  由图4可知,添加聚羧酸减水剂后,水泥5min净浆流动度可达到280mm,30min没有损失,2min损失不到15mm,说明所制聚羧酸减水剂对水泥浆体具有良好的分散与减水性能,并具备优良的保持性。

结论
  (1)通过自由基共聚机理,以过硫酸铵为引发剂制备了聚羧酸减水剂,最佳合成条件为:AA与HPEG的摩尔比为4:1,引发剂用量为单体质量的2%,反应温度为60℃。
  (2)所制聚羧酸减水剂对水泥浆体具有良好的分散与减水性能,并具备优良的保持性。
 
参考文献
[1] Yoshioka K, Tazawa E I, Kawai K, et al. Adsorption characteristics of superplasticizers on cement component minerals[J]. Cement & Concrete Research, 2002, 32(10):1507-1513.
[2] Shun L I, Wen Z. Dispersibility and air entraining performance of polycarboxylate-typewater reducers[J],Journal of the Chinese ceramic society,2009.37(4):616-621.
[3] 莫祥银, 景颖杰, 邓敏, 许仲梓, 唐明述. 聚羧酸盐系高性能减水剂研究进展及评述[J]. 混凝土, 2009(3):60-63.
[4] 卫爱民 ,韩德丰. 聚羧酸系混凝土高效减水剂的作用机理及合成工艺现状[J]. 混凝土, 2008, (8):69-72.
[5] 付玫. 减水剂品种和作用机理[J]. 江西建材, 2009(106):13-14.
[6] 王子明, 李慧群. 聚羧酸系减水剂研究与应用新进展[J]. 混凝土世界, 2012(8):50-56.
[7] 李付萱, 沈一丁, 王海花. 甲基丙烯酸/衣康酸/烯丙基磺酸盐超分子分散剂的合成与性能表征[J]. 高分子材料科学与工程, 2008, 24(1):155-158.
作者刘行宇 刘磊 刘彦辉 陈虎 刘博博
信息来源:混凝土视频网     
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