聚乙二醇接枝聚羧酸合成水泥减水剂的研究

王 志 敏

（1. 青岛科技大学化工学院，山东青岛 266042; 2. 济宁市技师学院，山东 济宁 272000）

聚乙二醇接枝聚羧酸合成水泥减水剂的研究

王 志 敏1,2

（1. 青岛科技大学化工学院，山东青岛 266042; 2. 济宁市技师学院，山东 济宁 272000）

采用先酯化后聚合方法合成了聚乙二醇接枝聚羧酸钠水泥减水剂，考察了单体配比、滴加时间、磺酸单体种类及用量和反应温度对产品性能的影响。实验结果表明，在滴加时间和保温反应时间都为3.5 h时，合成的减水剂性能良好；当减水剂用量为水泥用量的0.3%时，净浆流动度高达310 mm。由水泥的净浆流动度实验表明，合成的水泥减水剂对水泥具有良好的减水性能。

聚乙二醇；接枝；聚羧酸；减水剂；净浆流动度

聚羧酸类减水剂是继以木钙为代表的普通减水剂和以萘系为代表的高效减水剂之后发展起来的第三代高性能化学减水剂，在国内外日益受到重视，已成为各国研究的热点[1-4]。研究者在聚羧酸类减水剂的作用机理和合成方法等方面进行了探索[5-8]。

目前，由于对聚羧酸系高性能减水剂分子在表征方法上还存在局限性，尚不能清楚解释聚羧酸高性能减水剂的分子结构与性能的关系，缺乏微观结构方面的研究；同时，在使用聚羧酸高性能减水剂的混凝土中，当单位水量减少，塌落度增大时，常常发生减水剂用量过大、混凝土粘性太大、出现离析泌水现象和泵送困难等问题[9]。上述这些缺点严重影响了聚羧酸类高性能减水剂的推广应用。针对目前制备的聚羧酸类高性能减水剂存在的问题，本文自行开发出了功能性单体，系统考察了引发剂用量、单体用量和配比、磺酸单体种类及用量、反应时间及反应温度对产品性能的影响，以期获得高性能和生态化的聚羧酸类减水剂。

1 实验部分

1.1 主要原料

实验所用主要原料见表1。

表1 实验所用主要原料Table 1 Main materials for the present experiment

1.2 主要仪器

实验所用仪器见表2。

表2 实验所用仪器Table 2 Main equipments for the present experiment

1.3 合成工艺

（1）先将物料和水按一定配比加入到250 mL的三口烧瓶中加热搅拌。

（2）待加热到80～85 ℃时分别滴加AA和过硫酸铵溶液，滴加时间约为3.5 h。

（3）加料完成后升温至85～90 ℃保温反应约3.5 h。

（4）反应完毕后降温，加氢氧化钠中和至pH为6～7，测定固含量。

（5）将反应液转移到烧杯中，静置陈化后抽虑，干燥得产品。

1.4 产品性能测试

1.4.1 固含量测试

称取一定量产品，置于130 ℃烘箱中烘3～4 h，待称量恒定后，记录其重量，并按下式计算固含量：

1.4.2 固含量测试

按照混凝土匀质性实验方法( GB8077287) 中的水泥净浆流动度的实验方法，进行水泥净浆流动度的测定。

2 结果与讨论

2.1 原料配比对减水剂性能的影响

对于自制单体，在过硫酸铵和AA滴加时间和保温反应时间都为3.5 h，过硫酸铵用量为7.5 %（占总单体的质量分数）的条件下，考察了磺酸单体丙钠、自制单体和AA的配比对产品减水性能的影响，其结果如图1。

由图1结果可见，随着自制单体用量的增加，水泥的净浆流动度增加，在n（丙钠）/ n(自制单体)/n（AA）=1∶5∶14和1∶6∶13时，产品的减水效果较好。综合考虑，最佳的原料配比为n（丙钠）/n(自制单体)/n（AA）=1∶5∶14。

图1 原料配比对减水剂性能的影响(自制单体)Fig.1 Effect of ratio of materials on properties of water-reducing agent

2.2 滴加时间对产品减水性能的影响

对于自制单体，在原料配比为 n（丙钠）/n(自制单体)/n（AA）=1∶5∶14，过硫酸铵用量为7.5 %的条件下，考察了滴加时间对产品减水性能的影响，结果见图2。

图2 滴加时间对产品减水性能的影响(自制单体)Fig.2 Effect of dripping time on properties of water-reducing agent

图2中的实验结果表明，滴加时间太少，聚合反应不彻底，减水剂的性能较差；当滴加时间从2.5 h增加到3.5 h时，净浆流动度明显提高，继续增加到4.5 h时，净浆流动度不再提高，合适的滴加时间为3.5 h。

2.3 磺酸单体种类和用量对产品减水性能的影响

图3 磺酸单体种类对减水剂性能的影响(自制单体)Fig.3 Effect of sulfoacid monomers on properties of water-reducing agent

图 3给出了在滴加时间和保温反应时间都为3.5 h，过硫酸铵用量为7.5%，n（磺酸单体）/n(自制单体)/n（AA）=1∶5∶14的条件下，不同磺酸单体对产品减水性能的影响。图3结果表明，不同磺酸单体对产品减水性能的影响很大。采用丙钠，产品的减水性能较好，其次是甲钠。所以，本文以丙钠为合成反应的磺酸单体。

对于自制单体，在滴加时间和保温反应时间均为3.5 h，过硫酸铵用量为7.5%，磺酸单体为丙钠，自制单体的摩尔分数为25%的实验条件下，考察了丙钠量对产品减水性能的影响，其结果见图 4。

由图4可见，不加丙钠，产品的减水性能较差，但丙钠用量太大，产品的减水效果也不好，并且合成成本增加。综合考虑，本文选取丙钠的适宜摩尔分数为5%。

图4 丙钠的用量对减水剂性能的影响Fig.4 Effect of dosage of sodium allylsulfonate on properties of water-reducing agent

2.4 反应温度对产品减水性能的影响

图5为滴加时间和保温反应时间均3.5 h，过硫酸铵用量为7.5 %，n（丙钠）/n(自制单体)/（AA）=1∶5∶14的实验条件下，反应温度对产品减水性能的影响。图5表明，在反应温度为85～90 ℃的条件下合成的产品性能最好，其原因是温度过低，聚合反应不彻底，在有回流操作或温度过高时导致自制单体水解，最适宜的反应温度为85～90 ℃。

图5 反应温度对减水剂性能的影响Fig.5 Effect of reaction temperature on properties of water-reducing agent

3 结 论

（1）应用自制单体合成较适宜的水泥减水剂最佳条件为：n（丙钠）/n(自制单体)/n（AA）=1.0 ∶5.0 ∶14.0；滴加时间和保温反应时间均为 3.5 h；保温反应温度为85～90 ℃；过硫酸铵用量为7.5%（占总单体的质量分数）。

（2）净浆流动度在减水剂用量为水泥质量的0.3%时高达310 mm。

［1］廖国胜, 王劲松, 马保国, 谭洪波. 新型聚羧酸类化学减水剂合成的几个关键问题研究探讨[J]. 国外建材科技, 2004, 5(2): 48-50.

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Investigation into Synthesis of Cement Water-Reducing Agent by Using Polyethylene Glycol Grafting Polycarboxylic Acid Method

WANG Zhi-min1,2
（1. College of Chemical Engineering, Qingdao University of Science and Technology, Shandong Qingdao 266042, China; 2. Ji’ning Technician College, Shandong Ji’ning 272000, China）

Polyethyleneglycol grafting polycarboxylic cement water-reducing agent was synthesized by first esterification and then polymerization method. The effect of monomer ratio, dropping time，type and dosage of sulfoacid，reaction temperature on properties of product was investigated. The results show that properties of the cement water-reducing agent are better when dropping time and reaction time during the synthesis are both 3.5 h. The cement paste fluidity is 310 mm when dosage of the cement water-reducing agent is 0.3 %. The cement paste fluidity experiment shows that the cement water-reducing agent has good water-reducing property for cement.

Polyethyleneglycol; Grafting; Polycarboxylic acid; Water reducer; Cement paste fluidity

TU 528.042.2

A

1671-0460（2012）09-0924-03

2012-03-21

王志敏（1967-），男，山东济宁人，高级讲师，1991年毕业于青岛科技大学化学工程与工艺专业，研究方向：从事化工工艺开发工作。E-mail：WZM2273469@163.com。