一種快速高效的聚羧酸減水劑合成方法探究

鄧 磊 沈建榮 謝大銀 陳孟東 蔣澤煉

（貴州科之杰新材料有限公司，貴州 龍里 551206）

一種快速高效的聚羧酸減水劑合成方法探究

鄧 磊 沈建榮 謝大銀 陳孟東 蔣澤煉

（貴州科之杰新材料有限公司，貴州 龍里 551206）

本研究主要通過(guò)減少反應(yīng)過(guò)程中的A滴加料和B滴加料中的用水量來(lái)提高其參與反應(yīng)的濃度；由于滴加體系總量的減少，反應(yīng)時(shí)間從原來(lái)的4h縮短到2．5h。此方法快速高效的合成了一種聚羧酸高性能減水劑，降低了反應(yīng)所需的能耗。新合成的樣品減水率高、保坍性好，與4h工藝合成出的聚羧酸高性能減水劑性能相近。

聚羧酸減水劑；高效；凝膠滲透色譜

聚羧酸減水劑作為新一代超塑化劑以其減水率高、無(wú)綠色污染等特點(diǎn)，已經(jīng)在混凝土工程及砂漿產(chǎn)品中得到廣泛的應(yīng)用[1-2]。然而市場(chǎng)上聚羧酸減水劑行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)異常激烈，主要以較低的成本和高的性?xún)r(jià)比來(lái)占據(jù)市場(chǎng)[3]。對(duì)于大多數(shù)聚羧酸減水劑的合成來(lái)說(shuō)，為了提高反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率同時(shí)兼顧合成的成本，整個(gè)反應(yīng)過(guò)程的時(shí)間均不低于4h。這對(duì)中小型企業(yè)來(lái)說(shuō)是極不經(jīng)濟(jì)的。尤其在工程忙碌的季節(jié)，它需要投入大量的人員來(lái)長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)生產(chǎn)，極大的增加了聚羧酸減水劑的生產(chǎn)成本。目前國(guó)內(nèi)快速高效的聚羧酸減水劑的合成方法仍鮮有報(bào)道。因此，對(duì)于聚羧酸減水劑的快速高效合成方法的研究具有重要意義。

貴州科之杰一直致力于聚羧酸減水劑的研發(fā)與成果轉(zhuǎn)化工作。之前報(bào)道的低敏感綜合型聚羧酸減水劑能同時(shí)兼顧減水率高、保坍性能好及摻量敏感性低等優(yōu)點(diǎn)[4]。在其合成工藝的基礎(chǔ)上，我們?nèi)圆捎卯愇煜┗垩跻蚁┗?TPEG)、丙烯酸(AA)及丙烯酸羥乙酯(HEA)為單體，雙氧水(H2O2，27%)/抗壞血酸(Vc)為氧化還原體系，巰基乙酸(TGA)為鏈轉(zhuǎn)移劑，并對(duì)一些工藝參數(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，使反應(yīng)時(shí)間從原來(lái)的4h縮短到2.5h，快速高效的合成出一種與原合成方法所合成的性能接近的聚羧酸減水劑。本文就聚羧酸減水劑的快速高效合成方法進(jìn)行了一些初步的探索，以供混凝土行業(yè)探討。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 樣品的合成

以小試500g為例。向裝有攪拌器、溫度計(jì)的四口燒瓶中加入一定量的去離子水和異戊烯基聚氧乙烯基醚(TPEG)，攪拌下加熱至40-45℃，待聚醚溶解，溫度穩(wěn)定在40-45℃(T)時(shí)，加入單體總量0.22%的雙氧水溶液(27%)，均勻攪拌5min，再分別滴加預(yù)先配制好的A料：

AA+HEA=26.88g，(AA+HEA)+W=26.88g+5g和B料：TGA+Vc=0.55g，(TGA+Vc)+W= 0.55g+15g。A料1h(tA)滴加完，B料1.5h(tB)滴加完。滴加完成后，恒溫反應(yīng)1h(t保溫)。待溫度冷至30℃時(shí)，加入30%的NaOH溶液中和至pH=6～8，即得聚羧酸減水劑母液(即本產(chǎn)品DL-189)。

1.2 水泥凈漿和混凝土性能的測(cè)定

水泥選用紅獅P.O 42.5水泥；砂石材料為貴州本地產(chǎn)機(jī)制砂石，細(xì)度模數(shù)2.7～3.1；5～20mm連續(xù)級(jí)配碎石；按照GB/T 8077-2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》中測(cè)定水泥凈漿流動(dòng)度的方法進(jìn)行測(cè)定。其中水灰比為0.29，減水劑摻量為0.1%。按照《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法》中混凝土性能測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)定。實(shí)驗(yàn)配合比如表1。

表1 混凝土試驗(yàn)配合比(Kg/m3)

2 結(jié)果與討論

2.1 快速合成方法的探索

為了縮短聚羧酸減水劑的合成時(shí)間，我們從增加反應(yīng)催化體系的用量，提高反應(yīng)溫度及增加滴加體系的濃度(減少滴加體系用水量)來(lái)實(shí)現(xiàn)，以水泥凈漿初始流動(dòng)度、經(jīng)時(shí)1h流動(dòng)度損失和反應(yīng)轉(zhuǎn)化率為評(píng)價(jià)指標(biāo)。從表2可看出，與原方法合成的Point-PC(方案1)[4]相比，設(shè)計(jì)的四個(gè)合成方案均能使減水劑的減水率增加，轉(zhuǎn)化率有所降低。尤其方案5合成的減水率最大。但同時(shí)，凈漿經(jīng)時(shí)1h損失也比較明顯。方案2增加催化體系用量所合成出的減水劑凈漿經(jīng)時(shí)流動(dòng)度損失最大。方案3增加反應(yīng)的溫度，所合成出的減水劑減水率和保坍性與方案4相近，但轉(zhuǎn)化率低于方案4，這或許與溫度升高反應(yīng)劇烈發(fā)生副反應(yīng)有關(guān)。就減水率、保坍性而言，方案4與方案1所得產(chǎn)品性能最為接近，為最佳合成方案。其合成產(chǎn)品編號(hào)為DL-189。

2.2 聚羧酸減水劑的混凝土性能測(cè)試

集料、混凝土配合比及減水劑摻量相同條件下，以Point-PC作標(biāo)樣，將本產(chǎn)品DL-189與標(biāo)樣Point-PC做混凝土性能對(duì)比實(shí)驗(yàn)，考察兩種綜合型減水劑對(duì)混凝土分散性能的影響，結(jié)果如表3。

表2 快速合成方案的設(shè)計(jì)

表3 混凝土測(cè)試結(jié)果

從表3可知：標(biāo)樣Point-PC與本產(chǎn)品DL-189對(duì)混凝土坍落度及擴(kuò)展度影響相似，DL-189減水率略大于Point-PC。其初始擴(kuò)展度和1h保持能力均與標(biāo)樣Point-PC接近。兩種減水劑試配混凝土的含氣量相差不大?；炷猎嚇痈鼾g期的抗壓強(qiáng)度也相近。通過(guò)混凝土性能實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步確認(rèn)了本產(chǎn)品DL-189的分散性能及保坍性能等均與Point-PC較為接近，可用于生產(chǎn)實(shí)踐。

2.3 聚羧酸減水劑結(jié)構(gòu)表征

2.3.1 GPC分析

本產(chǎn)品DL-189數(shù)均分子量Mn與Point-PC接近(表4)，分布寬度指數(shù)(PDI)較大，但本合產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率略低于Point-PC。

表4 減水劑GPC數(shù)據(jù)對(duì)比

2.3.2 紅外光譜對(duì)比

方案1合成的Point-PC與方案4合成的DL-189紅外光譜對(duì)比如圖1所示。從圖可看出，兩種減水劑的紅外光譜峰形極為相似，只是吸收強(qiáng)度有所不同，進(jìn)一步證明了方案4快速合成的聚合物與方案1合成的聚合物相似。其中，3392cm-1為-COOH中-OH的不對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)吸收峰，1637cm-1為-COONa中-C=O-的伸縮特征峰，這表明了共聚物中羧酸鹽單元的存在。1723cm-1為酯基中-C=O-的伸縮振動(dòng)吸收峰。2871cm-1，1454cm-1，1348cm-1為-CH-、CH2-的特征吸收峰，1101cm-1是聚合物中醚鍵-C-O-C-的特征吸收峰，這也表明了聚合物中聚醚單元的存在。

圖1 Point-PC與DL-189紅外光譜測(cè)試對(duì)比圖

3 結(jié) 語(yǔ)

本文主要通過(guò)減少滴加體系的用水量來(lái)提高滴加體系的濃度，由于滴加溶液總體積的減少，滴加時(shí)間也相對(duì)減少，從原來(lái)的4h縮短到2.5h，極大的提高了合成的效率，降低了反應(yīng)過(guò)程所需的能耗，反應(yīng)過(guò)程中并不需要新的催化劑，也不需要較高的催化劑用量和較高的反應(yīng)溫度。從凈漿實(shí)驗(yàn)和混凝土實(shí)驗(yàn)驗(yàn)得出以下結(jié)論：

1).快速合成法合成的DL-189減水率略大于常規(guī)合成法合成的Point-PC，保坍性能相同。

2).反應(yīng)時(shí)間縮短1.5h，使反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率略有降低，其拌制的混凝土性能良好，沒(méi)有明顯變化。

3). GPC和FT-IR測(cè)定，進(jìn)一步表明快速合成法合成的聚合物其結(jié)構(gòu)與常規(guī)合成法相近。

[1]吳中偉,廉慧珍．高性能混凝土[M]．中國(guó)鐵道出版社,1999．9．

[2]宋少民,劉娟紅．綠色高性能混凝土與工程應(yīng)用[M]．中國(guó)電力出版社,2011．1．

[3]王虎群,楊曉峰,熊衛(wèi)峰．APEG系聚羧酸減水劑的新研發(fā)．商品混凝土，2014(10)：34-36．

[4]鄧?yán)?沈建榮,謝大銀,等．低敏感綜合型聚羧酸減水劑的合成及性能研究[J]．工程技術(shù),2016(46)：246-248．

作者信息：鄧?yán)冢?，工程師，貴州省黔南州龍里縣谷腳鎮(zhèn)，551206，0850-84123264

Study on a rapid and effective synthesis method of polycarboxylate water-reducer

An increase in the concentration of A mixtures and B mixtures in reaction is realized by the decrease in the use of water．With the reduced total volume in drops,reaction time is shortened from the original 4h to 2．5h．A new kind of polycarboxylate high performance water-reducer was synthesized with the rapid and effective method,reducing the reaction energy consumption．Just like the polycarboxylate high performance water-reducer synthesized by the reaction of 4h,the synthesized sample has high waterreducing capability and fine slump-retaining ability．

polycarboxylate water-reducer；high efficiency；GPC

TU528 O42．2

B

1003-8965(2017)03-0042-02