丙烯酸改性聚羧酸減水劑的合成

胥桂萍，王萌

（江漢大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北武漢430056）

聚羧酸減水劑被稱為第三代高效減水劑，因?yàn)樗哂袧B量低，分散性好，可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[1]，可以有效地改善石膏的分散性能，實(shí)現(xiàn)制備高強(qiáng)度、高流動(dòng)性石膏，也正因?yàn)樗囊幌盗袃?yōu)良性能使之成為研究熱點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于世界石膏市場(chǎng)[2]。本文通過共聚反應(yīng)合成丙烯酸改性聚羧酸減水劑，同時(shí)測(cè)定其對(duì)脫硫石膏凈漿流動(dòng)度的影響。

1 原料與性能實(shí)驗(yàn)方法

1.1 原料

甲基烯丙基聚氧乙烯醚、馬來酸酐、丙烯酸、過氧化氫等，均為市售。

1.2 改性聚羧酸減水劑性能實(shí)驗(yàn)方法

脫硫石膏凈漿流動(dòng)度的測(cè)定。

2 合成方法

在裝有攪拌器、溫度計(jì)和滴加裝置的三頸燒瓶中，加入甲基烯丙基聚氧乙烯醚（HPEG）、馬來酸酐和去離子水，攪拌、加熱，待原料完全溶解至透明后，加入適量的雙氧水，繼續(xù)攪拌，另配制一定濃度的丙烯酸和丙烯酸羥乙酯溶液于滴瓶A，配制一定濃度的抗壞血酸溶液于滴瓶B中，在55℃下將滴瓶A、B同時(shí)滴加2 h，滴加完畢后保溫反應(yīng)1 h，反應(yīng)結(jié)束后，用氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)pH 至中性，得到無色透明的聚羧酸減水劑，裝瓶備用。改性聚羧酸減水劑的單體質(zhì)量比為HPEG∶AA∶MA=33∶3∶1，引發(fā)劑雙氧水用量為單體總質(zhì)量的14%。

3 改性聚羧酸減水劑的性能

3.1 不同溫度下合成的減水劑對(duì)脫硫石膏凈漿流動(dòng)度的影響

自由基共聚反應(yīng)中的反應(yīng)溫度會(huì)影響反應(yīng)進(jìn)程和聚羧酸減水劑的性能。若共聚反應(yīng)的溫度太低，引發(fā)劑的半衰期可能過長(zhǎng)，在反應(yīng)前期游離基過少，單體轉(zhuǎn)化率降低；若共聚反應(yīng)溫度太高，則引發(fā)劑的半衰期可能過短，后期沒有足夠的游離基保持反應(yīng)，導(dǎo)致產(chǎn)物的分子量不均勻和單體殘留，并且，溫度越高，共聚反應(yīng)的前期速率也越快，產(chǎn)物分子的分子量越低[2]。

本實(shí)驗(yàn)以甲基烯丙基聚氧乙烯醚（HPEG）、丙烯酸和馬來酸酐為原料，不同反應(yīng)溫度反應(yīng)3 h，測(cè)試產(chǎn)物對(duì)脫硫石膏凈漿流動(dòng)度的影響。

表1 不同反應(yīng)溫度合成的減水劑對(duì)脫硫石膏凈漿流動(dòng)度的影響

由表1看出，脫硫石膏凈漿流動(dòng)度隨著溫度的升高而增大。55℃后，隨著溫度的升高反而減小，所以最佳的反應(yīng)溫度是55℃。

3.2 不同反應(yīng)時(shí)間合成的減水劑對(duì)脫硫石膏凈漿流動(dòng)度的影響

反應(yīng)時(shí)間直接影響共聚反應(yīng)是否充分。時(shí)間過短，反應(yīng)不完全；時(shí)間過長(zhǎng)，則影響反應(yīng)物分子的結(jié)構(gòu)。

表2 不同反應(yīng)時(shí)間合成的減水劑對(duì)脫硫石膏凈漿流動(dòng)度的影響

由表2 可以看出，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，脫硫石膏凈漿流動(dòng)度不斷增大，3 h后減少，所以，最佳反應(yīng)時(shí)間為3 h。

3.3 不同引發(fā)劑用量合成的減水劑對(duì)脫硫石膏凈漿流動(dòng)度的影響

引發(fā)劑不僅影響反應(yīng)速率，而且還影響聚羧酸減水劑的分子量。研究表明，當(dāng)減水劑主鏈較短時(shí)，分子中的負(fù)電基團(tuán)較少，對(duì)脫硫石膏吸附不完全，易于在脫硫石膏中引入氣泡，影響施工后的強(qiáng)度；減水劑主鏈過長(zhǎng)時(shí)，可能發(fā)生支鏈位阻，使吸附性降低，且分子量太高可能產(chǎn)生難溶于水的聚合物，影響其使用。因此，應(yīng)合理使用引發(fā)劑，控制聚羧酸分子主鏈的長(zhǎng)度。

表3 不同引發(fā)劑用量合成的減水劑對(duì)脫硫石膏凈漿流動(dòng)度的影響

由表3可看出，隨著引發(fā)劑用量的增大，脫硫石膏凈漿流動(dòng)度隨之增大。超過14%后，流動(dòng)度反而降低。所以，最佳的引發(fā)劑用量為14%。

3.4 不同鏈轉(zhuǎn)移劑合成的聚羧酸減水劑對(duì)脫硫石膏凈漿流動(dòng)度的影響

聚羧酸減水劑是一種梳狀結(jié)構(gòu)的高分子材料。通常聚合物的分子量是通過鏈轉(zhuǎn)移劑來調(diào)節(jié)的，并且鏈轉(zhuǎn)移劑的種類還可以控制分子量的大小，以達(dá)到最佳效果[3]。

本實(shí)驗(yàn)研究了不同鏈轉(zhuǎn)移劑合成的減水劑與脫硫石膏凈漿流動(dòng)度的關(guān)系。原料不變，反應(yīng)溫度為55℃，結(jié)果如表4。

表4不同鏈轉(zhuǎn)移劑合成的減水劑對(duì)脫硫石膏凈漿流動(dòng)度的影響

由表4可以看出，最佳鏈轉(zhuǎn)移劑是丙烯酸羥乙酯，脫硫石膏凈漿流動(dòng)度最大值為163mm。

4 結(jié)論

經(jīng)自由基共聚反應(yīng)，可以合成丙烯酸改性聚羧酸減水劑。最佳合成條件：反應(yīng)溫度55℃，反應(yīng)時(shí)間3h，引發(fā)劑用量14%，鏈轉(zhuǎn)移劑為丙烯酸羥乙酯。