一种新型聚羧酸盐产品的合成及其性能研究

李宝华

（山西桑穆斯建材化工有限公司，山西 运城 044000）

利用一系列正交设计试验，优选出聚羧酸盐减水剂母液的最佳生产配方和工艺参数。

实验目的：为了对聚羧酸盐系减水剂进行改性实验，以HPEG（甲基烯丙基聚氧乙烯醚） 单体、AA（丙烯酸）、HPA（丙烯酸羟丙酯） 和AM（丙烯酰胺） 为主要原料，合成新一代聚羧酸盐减水剂，提高产品性能，完成产品换代。通过试验，优选其工艺参数。

1 试验部分

1.1 试验原料

主要原料如下，HPEG 分子量为2400，厂家代码分别为JH、HF 和ZX；AA 为工业级，兰州石化。HPA，工业级；AM，工业级；X1、X2和X3为小料，工业级；液碱（30%），工业级。注：工艺水为本厂自来水。

1.2 实验仪器

2000mL 四口烧瓶、冷凝回流装置、横流蠕动泵、电加热套、温度热电偶、温度自控数显调节仪表、精密增力电动搅拌机、电子天平、水泥净浆搅拌机和水泥胶砂搅拌机。

1.3 合成工艺

在配置有搅拌器、热电偶、恒流泵滴加装置、冷凝器的2000mL 四口烧瓶中加入HPEG 和部分工艺水，搅拌升温至40±2℃。加入引发剂X15 分钟后，同时滴加A 料（AA、HPA、AM 和部分工艺水混匀） 和B 料（链转移剂X2、小料X3和部分工艺水混匀），A 料滴加2.5 小时，B 料滴加3.0 小时。滴加结束后，保温老化1 小时。然后降温加入一定量的液碱（30%浓度） 和部分工艺水，控制PH 值在6～8 之间，得到聚羧酸盐母液。

表1 温度对聚羧酸性能的影响

2 性能测试

2.1 水泥净浆流动度测试

按GB/T8077-2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》进行测试。称取基准水泥P.I42.5 水泥300g，减水剂折固掺量0.1%，水灰比0.29，加水87g，测定水泥净浆流动度。

2.2 混凝土性能试验

采用基准水泥P.I42.5，细集料为细度模数2.6～2.9 中粗河砂，粗集料为5～10mm 和10～20mm 的连续级配山碎石，河津电力Ⅲ级粉煤灰，将合成的聚羧酸减水剂母液配制成含固量为10%的成品，参照GB50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法》进行C30 混凝土性能测试（掺量按凝胶材料总量计），混凝土试验配合比如下：水泥，290；粉煤灰，70；河沙，674；5～10mm 碎石，390；10～20mm 碎石，780；水，170。

3 结果与讨论

3.1 合成工艺配比的初步选定

1） 温度对聚羧酸减水剂性能的影响,分别在10℃、20℃、30℃和40℃条件下，配料比相同的情况下，考察合成温度对聚羧酸性能的影响，实验结果见表1。

从表1 可以看出，在各温度条件下合成的聚羧酸性能基本相当，1h 坍落度损失较小，保坍性40℃条件下最好，另外在20℃和30℃时，聚醚单体溶解所需时间较长，综合性能考虑，在工业上宜选择合成温度为40℃。

2） 引发剂用量对聚羧酸减水剂性能的影响，在40℃条件下，保持其他条件相同，考虑了引发剂用量对聚羧酸减水剂性能的影响，试验结果如下：2%掺量，引发剂用量为0.5%时，坍落度（mm） /扩展度（mm） 初始为230/550，1h为210/500，抗压强度/MPa 3d/7d/28d 为20.8/30.1/38.9；2%掺量，引发剂用量为0.6%时，坍落度（mm） /扩展度（mm） 初始为240/570，1h 为220/525，抗压强度/MPa 3d/7d/28d 为20.3/31.2/38.2。

所以当引发剂用量为0.6%时，聚羧酸的初始分散性和保坍性均较好，增加引发剂用量使活性自由基数量增加，反应活性增强，有利于聚合反应进行。

3） 链转移剂用量对聚羧酸减水剂性能的影响，在40℃条件下，引发剂用量为0.6%时，保持其他条件相同，考察了链转移剂用量对聚羧酸减水剂性能的影响，试验结果如下：2%掺量，链转移剂用量为0.3%时，坍落度（mm） /扩展度（mm） 初始为230/555，1h 为215/500，抗压强度/MPa 3d/7d/28d 为20.1/30.3/38.1；2%掺量，链转移剂用量为0.4%时，坍落度（mm） /扩展度（mm） 初始为245/575，1h 为220/530，抗压强度/MPa 3d/7d/28d 为20.2/31.2/38.4。

所以当链转移剂用量为0.4%时，聚羧酸的初始分散性和保坍性均较好，这是因为链转移剂用量增加，聚羧酸的相对分子量减小，其分散保持性增大。

4） 酸醚摩尔比对聚羧酸减水剂性能的影响，在40℃条件下，引发剂用量为0.6%，链转移剂用量为0.4%时，保持其他条件相同，酸醚摩尔比对聚羧酸减水剂性能的影响，试验结果如下：2%掺量，酸醚摩尔比为3.5 时，坍落度（mm）/扩展度（mm） 初始为240/565，1h 为225/535，抗压强度/MPa 3d/7d/28d 为20.1/30.3/38.5；2%掺量，酸醚摩尔比为3.2时，坍落度（mm） /扩展度（mm） 初始为235/550，1h 为215/500，抗压强度/MPa 3d/7d/28d 为19.8/31.5/38.4。

所以当酸醚摩尔比为3.5 时，聚羧酸的初始分散性和保坍性均较好，这是因为酸醚比高时，侧链密度相对高，活性单体比例相对低，聚羧酸相对分子质量分布较窄，其性能较好。

3.2 合成配比的优化

在40℃条件下，根据单因素实验初步选定的合成配比，进行正交实验，对其进行优化，找出较佳的合成配比。

1） 正交实验方案，正交实验因素表和试验方案分别见表2 和表3。

2） 正交试验结果

正交实验结果见表4。

从表4 可以看出，净浆流动度在1h 后变化不大，说明在40℃条件下合成的聚羧酸分散性保持较好，对水泥有一定的缓释性，适宜用于预拌混凝土中。

表2 因素水平表

表3 正交试验方案

表4 正交试验结果

3） 正交试验数据处理与分析，数据处理与分析，酸醚摩尔比对聚羧酸的性能影响最大，说明聚羧酸的主侧链密度分布对其分散性影响最大。从正交试验结果可以看出，40℃温度条件下的最佳配比为：单体生产厂家为JH，酸醚摩尔比为3.5，引发剂用量为0.6%，链转移剂用量为0.5%，此时聚羧酸减水剂的减水性和保坍性均较好。

4 结语

1） 40℃温度条件下合成的聚羧酸比低温条件下合成的聚羧酸具有更好的保坍性，且质量稳定可靠。2） 单体生产厂家为JH 最佳，甲级烯丙基聚氧乙烯醚单体和丙烯酸摩尔比为3.5，引发剂用量为0.6%，链转移剂用量为0.5%，所合成的聚羧酸盐减水剂的性能较好。