聚羧酸新型高效固體減水劑的合成研究

李樹亮（勝利油田德利實業有限責任公司，山東 德州251507）

0 引言

聚羧酸減水劑憑借其綠色環保、用量少、效果佳、經濟合理，且對混凝土強度、耐久性、和易性具有良好的改善作用等優勢，已成為目前國內外市場用量最大的混凝土外加劑。但傳統聚羧酸減水劑多為液態，其有效固含量多為10%～50%，這給材料的運輸帶來極大不便，基于此，探究新型固體聚羧酸高效減水劑成為當前公用固體減水劑研究的主要方向[1]。

目前市場上存在的聚羧酸固體減水劑，不但生產工藝繁瑣，而且反應不充分、轉化率較低，致使所得產物有效固含量低，性能遠遜色于同等摻量的液體聚羧酸減水劑，故而有必要就其制備工藝進行再次優化并提升其性能。本文就聚羧酸新型高效固體減水劑得合成工藝展開分析。

1 聚羧酸新型高效固體減水劑合成工藝

1.1 原材料及儀器設備

主要原材料有有異戊烯醇聚氧乙烯醚、丙稀酸、偶氮二異丁腈、過氧化苯甲酰、42.5普通硅酸鹽水泥等，均為工業級。試驗設備有BQ80S+FZ10 型蠕動泵、NJ-160 凈漿攪拌機、凝膠滲透色譜儀等。

1.2 聚羧酸新型高效固體減水劑合成與檢測

制備思路為：底料加定量去離子水，并在偶氮二異丁腈中混入過氧化苯甲酰材料進行引發，然后通過戊烯醇聚氧乙烯醚與丙烯酸聚合而得。研究底料加水量、反應溫度、引發劑投放次數及反應時間對試驗的影響。

合成過程中，根據實際需要取樣，依據GB/T 8077-2012《混凝土外加劑勻質性試驗方法》進行水泥凈漿流動度的檢測，分析各試驗因素對反應的具體影響。

最終所得產物，依據GB 8076-2008《混凝土外加劑》進行混凝土性能指標的檢測，對其實際應用性能進行具體評判。

2 聚羧酸新型高效固體減水劑制備質量影響因素

2.1 底料添水

本次制備過程中，于底料中加入不同劑量的去離子水，通過水泥凈漿實驗檢測原材料聚合反應的速率。

在反應物底料中加入適量水分后，水泥凈漿流動度會有所上升，這表明于原材料中加入一定水分，能保證原材料前期分散能力，提升減水性能。底水加入量為10%時，其凈漿流動度最突出，隨著添水量的增加，凈漿流動度趨于平緩，即在固體減水劑紙杯中，將底水加入量控制在10%即可。

圖1 引發劑投入次數與凈漿流動度

2.2 滴加反應溫度因素

本實驗引發劑材料為兩種，分別為偶氮二異丁腈與過氧化苯甲酰，將兩者質量比設定為7:3，然后對其動力學參數進行分析（見表1）。

表1 引發劑分解動力學參數

固體減水劑制備過程中，要確保固體減水劑的分散性能的最優控制，需結合引發劑得分組情況進行聚合溫度選擇。有由表可知，采用偶氮二異丁腈與過氧化苯甲酰復合引發時，需將聚合反應溫控制在75～95℃范圍之內，但基于兩種引發劑比例因素，需將其范圍進行一步擴大，本實驗設定引發溫度范圍為65～95℃，研究發現，在65℃時，引發劑開始作用，此時凈漿流動度偏低，當溫度低達到75℃時，凈漿流動性達到峰值，為最優引發溫度，故可在75℃條件下進行引發，并確保材料進行聚合反應。但溫度超過75℃時，凈漿流動速度趨于平緩，并且在95℃時，凈漿流動速度開始下降，可將其作為熟化溫度[2]。

2.3 引發劑投放次數

經研究得知：采用一次性引發劑投放方法時，凈漿實驗結果較差；當投放次數達到3次時，凈漿的流動度達到了峰值（見圖1）。持續增加投放次數時，凈漿的流動度雖然仍有增加，然其流動度增長幅度有限；當投放次數超過5次時，繼續增加投放次數也并不能提高聚合產物的分散能力與保坍能力，基于生產實際，確定引發劑最佳投放次數為3次。

2.4 反應時間

其一為小單體滴加時間；其二為熟化時間。丙烯酸小單體溶液的滴加時間是固體聚羧酸固體減水劑合成的關鍵因素之一[3]。當滴加時間處于1h時，不論是凈漿初始流動度還是其變化趨勢，均處于與較小的范圍內，這與原材料處于高濃度環境具有較大關系。受高濃度環境影響，材料粘度較大，當滴加時間較短且滴加速度較快時，會造成瞬間單體濃度過高。隨著時間的延長，丙烯酸滴加總量持續增多，凈漿的流動性不斷增大，并且當滴加時間處于2.5h 時，凈漿的流動度最高，這表明引發劑作用得到了最大效果發揮。

3 聚羧酸新型高效固體減水劑性能檢測

混凝土是建筑工程中使用量最大，用途最為廣泛的一種建筑材料，同時也是評價減水劑性能的重要指標依據，對比市場液體減水劑及聚羧酸新型高效固體減水劑性能。

在用水量基本相近的情況下，制備同等級強度水泥時，聚羧酸新型高效固體減水劑用水量與傳統液體減水劑水用量基本相近，然外加劑的用量明顯較少，在減水效果基本相近時，其在坍落度、抗壓強度等方面具有較為突出優勢。

4 結語

在聚羧酸新型高效固體減水劑合成過程中，需注重以下要點把控：其一，準備充足底料后，需添加聚醚大單體質量10%的去離子水，同時需保證聚合反應時間控制在75℃。其二，在合成溫度管理中，需將聚合反應溫度控制在75℃，而熟化溫度控制在95℃。其三，需按照3次投放標準投放引發劑，同時分別滴加丙烯酸及Vc水溶液，并保溫處理2h。