聚羧酸新型高效固体减水剂的合成研究

李树亮（胜利油田德利实业有限责任公司，山东 德州251507）

0 引言

聚羧酸减水剂凭借其绿色环保、用量少、效果佳、经济合理，且对混凝土强度、耐久性、和易性具有良好的改善作用等优势，已成为目前国内外市场用量最大的混凝土外加剂。但传统聚羧酸减水剂多为液态，其有效固含量多为10%～50%，这给材料的运输带来极大不便，基于此，探究新型固体聚羧酸高效减水剂成为当前公用固体减水剂研究的主要方向[1]。

目前市场上存在的聚羧酸固体减水剂，不但生产工艺繁琐，而且反应不充分、转化率较低，致使所得产物有效固含量低，性能远逊色于同等掺量的液体聚羧酸减水剂，故而有必要就其制备工艺进行再次优化并提升其性能。本文就聚羧酸新型高效固体减水剂得合成工艺展开分析。

1 聚羧酸新型高效固体减水剂合成工艺

1.1 原材料及仪器设备

主要原材料有有异戊烯醇聚氧乙烯醚、丙稀酸、偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰、42.5普通硅酸盐水泥等，均为工业级。试验设备有BQ80S+FZ10 型蠕动泵、NJ-160 净浆搅拌机、凝胶渗透色谱仪等。

1.2 聚羧酸新型高效固体减水剂合成与检测

制备思路为：底料加定量去离子水，并在偶氮二异丁腈中混入过氧化苯甲酰材料进行引发，然后通过戊烯醇聚氧乙烯醚与丙烯酸聚合而得。研究底料加水量、反应温度、引发剂投放次数及反应时间对试验的影响。

合成过程中，根据实际需要取样，依据GB/T 8077-2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》进行水泥净浆流动度的检测，分析各试验因素对反应的具体影响。

最终所得产物，依据GB 8076-2008《混凝土外加剂》进行混凝土性能指标的检测，对其实际应用性能进行具体评判。

2 聚羧酸新型高效固体减水剂制备质量影响因素

2.1 底料添水

本次制备过程中，于底料中加入不同剂量的去离子水，通过水泥净浆实验检测原材料聚合反应的速率。

在反应物底料中加入适量水分后，水泥净浆流动度会有所上升，这表明于原材料中加入一定水分，能保证原材料前期分散能力，提升减水性能。底水加入量为10%时，其净浆流动度最突出，随着添水量的增加，净浆流动度趋于平缓，即在固体减水剂纸杯中，将底水加入量控制在10%即可。

图1 引发剂投入次数与净浆流动度

2.2 滴加反应温度因素

本实验引发剂材料为两种，分别为偶氮二异丁腈与过氧化苯甲酰，将两者质量比设定为7:3，然后对其动力学参数进行分析（见表1）。

表1 引发剂分解动力学参数

固体减水剂制备过程中，要确保固体减水剂的分散性能的最优控制，需结合引发剂得分组情况进行聚合温度选择。有由表可知，采用偶氮二异丁腈与过氧化苯甲酰复合引发时，需将聚合反应温控制在75～95℃范围之内，但基于两种引发剂比例因素，需将其范围进行一步扩大，本实验设定引发温度范围为65～95℃，研究发现，在65℃时，引发剂开始作用，此时净浆流动度偏低，当温度低达到75℃时，净浆流动性达到峰值，为最优引发温度，故可在75℃条件下进行引发，并确保材料进行聚合反应。但温度超过75℃时，净浆流动速度趋于平缓，并且在95℃时，净浆流动速度开始下降，可将其作为熟化温度[2]。

2.3 引发剂投放次数

经研究得知：采用一次性引发剂投放方法时，净浆实验结果较差；当投放次数达到3次时，净浆的流动度达到了峰值（见图1）。持续增加投放次数时，净浆的流动度虽然仍有增加，然其流动度增长幅度有限；当投放次数超过5次时，继续增加投放次数也并不能提高聚合产物的分散能力与保坍能力，基于生产实际，确定引发剂最佳投放次数为3次。

2.4 反应时间

其一为小单体滴加时间；其二为熟化时间。丙烯酸小单体溶液的滴加时间是固体聚羧酸固体减水剂合成的关键因素之一[3]。当滴加时间处于1h时，不论是净浆初始流动度还是其变化趋势，均处于与较小的范围内，这与原材料处于高浓度环境具有较大关系。受高浓度环境影响，材料粘度较大，当滴加时间较短且滴加速度较快时，会造成瞬间单体浓度过高。随着时间的延长，丙烯酸滴加总量持续增多，净浆的流动性不断增大，并且当滴加时间处于2.5h 时，净浆的流动度最高，这表明引发剂作用得到了最大效果发挥。

3 聚羧酸新型高效固体减水剂性能检测

混凝土是建筑工程中使用量最大，用途最为广泛的一种建筑材料，同时也是评价减水剂性能的重要指标依据，对比市场液体减水剂及聚羧酸新型高效固体减水剂性能。

在用水量基本相近的情况下，制备同等级强度水泥时，聚羧酸新型高效固体减水剂用水量与传统液体减水剂水用量基本相近，然外加剂的用量明显较少，在减水效果基本相近时，其在坍落度、抗压强度等方面具有较为突出优势。

4 结语

在聚羧酸新型高效固体减水剂合成过程中，需注重以下要点把控：其一，准备充足底料后，需添加聚醚大单体质量10%的去离子水，同时需保证聚合反应时间控制在75℃。其二，在合成温度管理中，需将聚合反应温度控制在75℃，而熟化温度控制在95℃。其三，需按照3次投放标准投放引发剂，同时分别滴加丙烯酸及Vc水溶液，并保温处理2h。