酰胺型聚羧酸减水剂合成工艺及性能研究

魏晓丹

（福建省建筑科学研究院，福建 福州 350100）

目前在研究聚羧酸系减水剂时，工艺简化、成本降低、市场竞争力提高为主要方向，同时也注重产品应用性能的提升、保坍性的改善等。本文设计合成具备优异保坍性能、较低能耗的聚羧酸系减水剂，原材料选取聚醚胺（PN-220）、聚丙烯酸（PAA），在同时引入羧基、酰胺基的一步法合成工艺采用下，可实现混凝土坍落度保持性的改善。通过试验对单体比例、相对分子质量、聚合温度等影响规律展开分析。

1 试验部分

1.1 试剂与仪器

自制聚乙二醇丙烯酸单酯大单体；丙烯酸、丙烯酰胺、马来酸酐、过硫酸铵及甲基丙烯磺酸钠（均为分析纯）；普硅水泥；中国ISO标准砂。

Zeta点位分析仪、Nano ZS 90型纳米粒度；GJ 160-2 水泥净浆搅拌机；JJ-5水泥胶砂搅拌机等。

1.2 合成工艺

将一定量的聚醚胺、聚丙烯酸加入装有搅拌器、温度计、分水器和冷凝回流管的250mL四口烧瓶中，氮气通入后加热原材料[1]。在其温度提高至一定时保持一定时间的恒温状态后，冷却至100℃以下将少量去离子水加入，搅拌均匀。

1.3 砂浆试验

以《混凝土外加剂匀质性试验方法》（GB 8077-2000）规定的跳桌法砂浆流动度试验的高60mm、上下口内径分别为70mm、100mm的截锥圆模作为砂浆流动度试验装置。砂浆中灰砂比为1：2，使用能将砂浆流动度变为（250±10）mm的水量，减水剂掺量0.20%。

以《水泥强度检验方法》（GB/T 17671-1999）操作程序进行砂浆制备，用湿毛巾润湿玻璃板、试验圆模，玻璃板保持水平，并将试模置于其中央[2]。在完成砂浆搅拌后，快速朝着试模导入，并缓慢的以垂直方向提起，停止流动后以两个垂直方向直径为对象进行测量并计算平均值（精确值5mm），该值为砂浆流动度。随后，收回所有砂浆并将其装入带盖的不吸水容器中，避免水分蒸发。放置1h后，观察是否有泌水出现，再次搅拌、静置，并于1h后测量流动度。以相同方式分别对静置90、120min后的砂浆流动度进行测量。

1.4 混凝土试验

以《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T 50080-2002）中规定的方法对混凝土拌合物初始坍落度及径直60min、90min、120min后的坍落度。

以《混凝土外加剂》（GB 8076-2008）和《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081-2002）中的相关要求为根据，对混凝土抗压强度及抗压强度比进行测定。

2 结果与讨论

通过分析、试验得知，聚丙烯酸相对分子质量为5000，单体分子与聚醚胺摩尔比为0.15，聚合时间为30min，聚合温度为195℃。

以上述试验工艺为基础，依次改变聚丙烯酸相对分子质量、单体比例、聚合时间与温度，以此类条件对聚合产物流动度保持性、减水率影响规律为对象进行分析。在对减水剂流动度保持性进行衡量时，本文主要以120min后的流动度大小为依据。

2.1 PAA的相对分子质量对聚合产物减水率和流动度保持性的影响

下表1为聚丙烯酸相对分子质量对聚合产物减水率、流动度保持性的影响。随着聚丙烯酸相对分子质量的下降，相应地就会增加聚合产物减水率[3]。聚丙烯酸为7500的相对分子质量时，聚合产物表现出6.30%的减水率；聚丙烯酸为2500的相对分子质量时，聚合产物可达到34.4%的减水率；聚丙烯酸相对分子质量5000时，聚合产物表现出25.0%的减水率，流动度保持性较佳，129min后损失的流动度仅有10mm。

基于此，聚丙烯酸相对分子质量为5000时有较好的聚合产物减水率、流动度保持性。

表1 聚丙烯酸相对分子质量对聚合产物减水率、流动度保持性的影响

2.2 单体比例对聚合产物减水率和流动度保持性的影响

下表2为PAA5000与PN-200的摩尔比对聚合产物减水率、流动度保持性的影响结果[4]。根据下表可发现，摩尔比能在很大程度上对聚合产物减水率构成影响，然而几乎不会影响流动度保持性。当 与 之间有0.15的摩尔比时，减水率及流动度保持性相对更佳。

表2 PAA5000与PN-200的摩尔比对聚合产物减水率、流动度保持性的影响

表3 聚合时间对聚合产物减水率和流动度保持性的影响

2.3 聚合时间对聚合产物减水率和流动度保持性的影响

下表3为聚合时间对聚合产物减水率和流动度保持性的影响结果。根据下表可发现，不同产物减水率在10、20、30min时，基本保持相同，流动度保持性有所改善；而在60、90min时减水率、流动度保持性明显降低。故而聚合时间应以30min为佳。

2.4 不同减水剂的性能对比

采用最佳合成工艺得到的减水剂 与 比较，当0.20%的减水剂掺量时，砂浆中 与 的减水率分别为23.9%、24.5%，具体如下图所示。

根据图中所示，的流动度保持性远高于 ，这也表示了若是混凝土坍落度要求偏高，采用 更符合。

图1 砂浆中掺加不同减水剂后的流动度保持性

3 结语

本文就酰胺类聚羧酸减水剂合成工艺展开了分析，依据单因素变化试验所取得的合成工艺参数较为良好：聚丙烯酸为5000相对分子质量时，单体分子与聚醚胺摩尔比为0.15，聚合时间为30min，聚合温度为195℃。

依据该合成工艺得到的酰胺类聚羧酸减水剂运用至混凝土中，减水率可达到27.3%，拌合物在120min后可保持180mm的坍落度，将该减水剂掺加至混凝土中，可使其具备较为良好的强度。