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超高浓度聚羧酸减水剂的制备研究

添加日期:2016/9/13 11:27:36   作 者:吴佳  来源:   浏览次数:

 摘要:聚羧酸高效减水剂一般浓度在20%~40%,长途运输成本较高,限制了它的推广度。本文利用本体聚合方法合成超高浓度减水剂,在不加溶剂的情况下,利用大单体自身的物理化学性质,能够实现在大单体熔融的情况下,通过合适的配比,合成出超高浓度减水剂,冷却后凝结成固体,经机器研磨就可得到聚羧酸减水剂粉剂。通过一定的性能测试,能够达到比较理想的性能指标。本体聚合法制备聚羧酸减水剂粉剂工艺简单,省去了之前母液喷粉的操作,对发展聚羧酸减水剂有很大贡献,有很好的市场前景。

 

关键词:超高浓度;聚羧酸减水剂粉剂;本体聚合

 

前言

 

聚羧酸减水剂是一种综合性能较好的减水剂品种,其较高的减水率和良好的坍落度保持性,是此前的萘系或脂肪族等减水剂所不能及的[1]。现在的聚羧酸减水剂多为10%~50%的液体产品,虽然产品性能好,但是因为地点远,液体运输不便,导致成本增加,影响了聚羧酸减水剂的推广。所以发展超高浓度减水剂或减水剂粉剂是降低运输成本及推广聚羧酸减水剂的重要条件。

聚羧酸减水剂作为一种高分子新型建材,一般是在引发剂的存在下进行水溶液自由基聚合,反应体系浓度的增大会导致体系粘度增加,使得链段重排受到阻碍,活性末端可能被包埋,双键终止困难。当反应继续进行,粘度继续增大时,会妨碍反应单体的活动程度,造成局部转化率过高而影响产品的性能[2]。工业化生产过程中提高聚合反应浓度,往往会造成产品性能下降,因此聚羧酸生产浓度一般为20%~40%,不宜存储和运输,且不适用于干混砂浆等需要固态减水剂的情况[3]

关于聚羧酸减水剂粉剂,一般是用传统的喷粉工艺,但是效果都不太理想,能够喷粉的减水剂种类较少,主要原因是在喷粉时,减水剂受到高温的影响,继续聚合成更大分子量的物质,导致失去减水性能,甚至结块。另外高温喷粉干燥要消耗大量能源,经济成本又大幅度上升。因而,选择一种合适的聚合方法来制备超高浓度聚羧酸减水剂或粉剂成为重点。本文通过本体聚合方法,在引发剂存在下,通过一定的原料配比,一些实验对比,最终得到比较理想的超高浓度聚羧酸减水剂[4]

 

试验设计、方法和材料

 

一、              实验仪器与试剂

三口烧瓶,烧杯,玻璃棒,温度计,水浴锅,搅拌器,异戊烯醇聚氧乙烯醚(TPEG);丙烯酸(AA);甲基丙烯磺酸钠;自制引发剂;P.O42.5普通硅酸盐水泥等。

二、              实验方法

设定初始原料配比为TPEG:AA:链转移剂=0.8:3.25:0.4(摩尔比),在反应容器中加入一定量的TPEG升温,使反应大单体熔化,加入甲基丙烯磺酸钠和丙烯酸,滴加引发剂,反应一段时间后趁热将产物倒出,冷却至室温,将产物研磨成粉末。

 

试验结果与讨论

 

一、              各因素对流动度的影响

1)引发剂用量对流动度的影响

引发剂用量

0.05g

0.10g

0.15g

0.20g

净浆流动度

145mm

160mm

180mm

170mm

由表可见,随着引发剂的用量从0.05克增至0.15克时,水泥净浆流动度大幅度提高;当引发剂用量超过0.15克时,流动度变小。这是因为引发剂除了能够引发反应,还能够调节产物分子量,增加引发剂的用量,能使聚合物分子量降低。引发剂用量少时,共聚物分子量大,其水溶液产品的分散均匀性差,另外大分子呈无规则线团构象,支链大,会屏蔽主链上发挥减水作用的功能基团,导致吸附位少,使其在水泥颗粒表面吸附量减少,使得净浆流动度小。随着引发剂用量的增加,各基团单体能够很好的共聚,共聚物分子量降低,分散能力增强。但是当引发剂用量再增加时,聚合物黏度小,分子量小,而分子量太小的聚合物分散性能也差。所以引发剂最佳用量为0.15克。

2)链转移剂用量对流动度的影响

链转移剂用量

0.10g

0.15g

0.20g

0.25g

净浆流动度

155mm

180mm

170mm

165mm

 

由表可见,随着链转移剂用量从0.10g增至0.15g时,流动度大幅度提高;当链转移剂用量超过0.15g时,流动度变小。这是因为链转移剂很少时,聚合物分子量太大,分散性能差,随着链转移剂用量的增加,生成的共聚物分子量降低,分散性能提高,但是链转移剂用量过多时,聚合物分子量太低,分散性能变差,所以链转移剂最佳用量为0.15g

3)丙烯酸用量对流动度的影响

丙烯酸用量

6.5g

8.2g

9.8g

11.5g

净浆流动度

175mm

210mm

200mm

195mm

由表可见,当丙烯酸用量从6.5g增加至8.2g,初始流动度大幅提高;当用量超过8.2g后,净浆初始流动度逐渐降低。这是因为随着丙烯酸的增加,相对于长侧链的大分子单体,丙烯酸单体更容易聚合,聚合物主链变长,分子量变大,梳状结构变疏,过多的丙烯酸会使侧链间距太大,降低分散性。所以丙烯酸最佳用量为8.2g

4)反应温度对流动度的影响

反应温度

60°C

70°C

80°C

90°C

净浆流动度

125mm

158mm

186mm

175mm

反应温度的选择主要参照引发剂的分解温度,但该反应体系是本体聚合,且主要反应单体TPEG在常温下是固体,为了保证聚合过程中产生的热量及时排除,体系应具有适当的粘度,所以反应温度高一些为好,而反应温度的确定对产品的分子量和分子量分布具有重要影响。由表可知,随着反应温度的提高,净浆流动度呈现先升高后下降的趋势,温度过低,反应时间延长,温度过高,容易引发爆聚,所以反应温度最佳为80度。

5)反应时间对流动度的影响

反应时间

2h

3h

4h

5h

净浆流动度

148mm

187mm

179mm

167mm

随着反应时间的增加,各种基团加到主链上的几率和数目会随之增加,净浆流动度先增加后减小,随着反应时间的延长,高分子瞬间形成,产品的相对分子质量不会随时间变化而变化,延长反应时间主要是为了提高转化率,所以反应时间最佳为3h

 

结论

 

通过上述实验研究,确定了最佳的实验条件是:TPEGAA:链转移剂=0.8:3.25:0.4(摩尔比),反应温度为80度,反应时间是3小时。对于所得到的固体聚羧酸减水剂进行研磨,研磨得到的粉末具有良好的净浆流动度,对于粉末的处理可以添加些纳米二氧化钛,能够抗结块。就国内的生产粉体的产品技术而言,本体聚合制备超高浓度聚羧酸减水剂工艺简单,操作容易,对环境友好,具有非常良好的应用前景[5]

 

参考文献

 

[1]宋佳乐,温宏平.聚醚型聚羧酸系减水剂的性能研究[J].混凝土与水泥制品,2011(12):19-21

[2]李崇智,李永德,冯乃谦.聚羧酸系高效减水剂的研制及其性能[J].混凝土与水泥制品,2002(2):3-6.

[3]欧阳杰.新型聚羧酸高效减水剂的研究[D].南昌:南昌大学,2007.

[4]方云辉.固体聚羧酸高效减水剂的制备研究[J].福建建筑,2010(7):145.

[5]王立久,卞利军,曹永民.聚羧酸系高效减水剂的研究现状与展望[J].材料导报,2003(2):43-45.


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