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）

本研究主要通過減少反應過程中的A滴加料和B滴加料中的用水量來提高其參與反應的濃度；由于滴加體系總量的減少，反應時間從原來的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、無綠色污染等特點，已經在混凝土工程及砂漿產品中得到廣泛的應用[1-2]。然而市場上聚羧酸減水劑行業競爭異常激烈，主要以較低的成本和高的性價比來占據市場[3]。對于大多數聚羧酸減水劑的合成來說，為了提高反應的轉化率同時兼顧合成的成本，整個反應過程的時間均不低于4h。這對中小型企業來說是極不經濟的。尤其在工程忙碌的季節，它需要投入大量的人員來長時間的連續生產，極大的增加了聚羧酸減水劑的生產成本。目前國內快速高效的聚羧酸減水劑的合成方法仍鮮有報道。因此，對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與成果轉化工作。之前報道的低敏感綜合型聚羧酸減水劑能同時兼顧減水率高、保坍性能好及摻量敏感性低等優點[4]。在其合成工藝的基礎上，我們仍采用異戊烯基聚氧乙烯基醚(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)為鏈轉移劑，并對一些工藝參數進行了改進，使反應時間從原來的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行了一些初步的探索，以供混凝土行業探討。

1 實 驗

1.1 樣品的合成

以小試500g為例。向裝有攪拌器、溫度計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，溫度穩定在40-45℃(T)時，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1h(t保溫)。待溫度冷至30℃時，加入30%的NaOH溶液中和至pH=6～8，即得聚羧酸減水劑母液(即本產品DL-189)。

1.2 水泥凈漿和混凝土性能的測定

水泥選用紅獅P.O 42.5水泥；砂石材料為貴州本地產機制砂石，細度模數2.7～3.1；5～20mm連續級配碎石；按照GB/T 8077-2012《混凝土外加劑勻質性試驗方法》中測定水泥凈漿流動度的方法進行測定。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方法》中混凝土性能測試方法進行測定。實驗配合比如表1。

表1 混凝土試驗配合比(Kg/m3)

2 結果與討論

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間，我們從增加反應催化體系的用量，提高反應溫度及增加滴加體系的濃度(減少滴加體系用水量)來實現，以水泥凈漿初始流動度、經時1h流動度損失和反應轉化率為評價指標。從表2可看出，與原方法合成的Point-PC(方案1)[4]相比，設計的四個合成方案均能使減水劑的減水率增加，轉化率有所降低。尤其方案5合成的減水率最大。但同時，凈漿經時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時流動度損失最大。方案3增加反應的溫度，所合成出的減水劑減水率和保坍性與方案4相近，但轉化率低于方案4，這或許與溫度升高反應劇烈發生副反應有關。就減水率、保坍性而言，方案4與方案1所得產品性能最為接近，為最佳合成方案。其合成產品編號為DL-189。

2.2 聚羧酸減水劑的混凝土性能測試

集料、混凝土配合比及減水劑摻量相同條件下，以Point-PC作標樣，將本產品DL-189與標樣Point-PC做混凝土性能對比實驗，考察兩種綜合型減水劑對混凝土分散性能的影響，結果如表3。

表2 快速合成方案的設計

表3 混凝土測試結果

從表3可知：標樣Point-PC與本產品DL-189對混凝土坍落度及擴展度影響相似，DL-189減水率略大于Point-PC。其初始擴展度和1h保持能力均與標樣Point-PC接近。兩種減水劑試配混凝土的含氣量相差不大。混凝土試樣各齡期的抗壓強度也相近。通過混凝土性能實驗進一步確認了本產品DL-189的分散性能及保坍性能等均與Point-PC較為接近，可用于生產實踐。

2.3 聚羧酸減水劑結構表征

2.3.1 GPC分析

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

表4 減水劑GPC數據對比

2.3.2 紅外光譜對比

方案1合成的Point-PC與方案4合成的DL-189紅外光譜對比如圖1所示。從圖可看出，兩種減水劑的紅外光譜峰形極為相似，只是吸收強度有所不同，進一步證明了方案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的不對稱伸縮振動吸收峰，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紅外光譜測試對比圖

3 結 語

本文主要通過減少滴加體系的用水量來提高滴加體系的濃度，由于滴加溶液總體積的減少，滴加時間也相對減少，從原來的4h縮短到2.5h，極大的提高了合成的效率，降低了反應過程所需的能耗，反應過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溫度。從凈漿實驗和混凝土實驗驗得出以下結論：

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

2).反應時間縮短1.5h，使反應的轉化率略有降低，其拌制的混凝土性能良好，沒有明顯變化。

3). GPC和FT-IR測定，進一步表明快速合成法合成的聚合物其結構與常規合成法相近。

[1]吳中偉,廉慧珍．高性能混凝土[M]．中國鐵道出版社,1999．9．

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

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

[4]鄧磊,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,2016(46)：246-248．

作者信息：鄧磊，男，工程師，貴州省黔南州龍里縣谷腳鎮，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