聚羧酸减水剂改性研究

宋 波，魏晓宏

(1.江门职业技术学院，广东 江门 529090；2.四川金江建材科技有限公司，四川 德阳 618300)

目前，聚羧酸减水剂的合成艺工艺是国内外混凝土减水剂领域的研究热点和难点之一，现有的方法主要是采用水溶液聚合工艺[1]。但水溶液聚合法的缺点是要求所有原料都溶于水，如果要在分子中加入亲油组分就必须加乳化剂，但乳化剂的除去是个非常大的问题。

超声波对许多化学反应有明显的加速作用，与传统的合成方式相比，具有高效、节能、无环境污染等特点[2]。此外，超声辐照能做到无皂乳液聚合。本文利用超声辐照，在传统聚羧酸合成体系中引入不溶于水的醋酸乙烯，合成了新型聚羧酸减水剂，并进行了水泥净浆、水泥砂浆和混凝土性能测试。

1 实验部分

1.1 主要原料与仪器

丙烯酸，分析纯，减压蒸馏，低温保存备用；醋酸乙烯，分析纯，减压蒸馏，低温保存备用；过硫酸铵(CP)，上海化学试剂厂；巯基乙酸(AR)，上海化学试剂厂；烯丙基聚乙二醇大单体，上海台界有限公司。

超声波细胞粉碎仪，Sonic Dismembrate model 550(20kHz)，声强以加到换能器上的电功率表示，本实验固定为350W。傅立叶红外光谱仪，美国Nicolet公司。

1.2 实验方法

1.2.1 改性聚羧酸减水剂的合成

在装有温度计、搅拌器和回流冷凝管的三口烧瓶中加入计量的烯丙基聚乙二醇大单体和去离子水配成20%溶液、巯基乙酸(其用量为丙烯酸的0.5%)，将超声波细胞粉碎仪探头放置溶液液面下，通氮气并开启超声波，滴加单体及引发剂过硫酸铵水溶液，滴加时间控制在60min。实验基本条件为单体量为烯丙基聚乙二醇大单体的10%、引发剂为单体量1.0%、反应温度60℃，超声波作用180min。

另外，按传统配方和工艺路线合成了不含醋酸乙烯的减水剂，以作对比。

1.2.2 红外光谱表征

提纯后的接枝共聚物碾碎，溴化钾压片，然后行红外光谱分析。

1.3 性能测定

混凝土应用试验、抗压强度相关测试参照 GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》及GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行。

2 结果与讨论

2.1 改性聚羧酸减水剂的IR分析

图1 改性聚羧酸减水剂的红外光谱图

图1为改性聚羧酸减水剂与传统工艺聚羧酸减水剂的红外光谱图。从图中可以看出，两种减水剂分子的红外光谱非常相似，其中1,720cm-1左右为羰基吸收峰，3430cm-1左右为羟基吸收峰，说明改性聚羧酸减水剂与传统工艺聚羧酸减水剂分子主链基本一致。

图2为改性聚羧酸减水剂与传统工艺聚羧酸减水剂的红外光谱图局部放大图。从图中可以看出，改性聚羧酸减水剂在1,380cm-1附近出现甲基吸收峰，说明醋酸乙烯参与了反应，分子主链中含有醋酸乙烯链节。

图2 改性聚羧酸减水剂的红外光谱局部放大图

2.2 改性聚羧酸减水剂对水泥净浆的影响

以水灰比为0.27研究聚羧酸系减水剂对水泥净浆的影响如下表1所示。

表1 掺不同聚羧酸减水剂的水泥净浆试验

从表1中可以看出, 改性聚羧酸减水剂和传统工艺聚羧酸减水剂的初始净浆流动度比较接近，但1小时后的净浆流动度较高且高于初始值。其原因可能是改性聚羧酸减水剂分子主链上的醋酸乙烯在水泥中逐渐水解，延缓了水化过程，有利于流动度的保持。

2.2 改性聚羧酸减水剂对水泥砂浆的影响(表2)

由表 2 可以看出，随着掺量的增加,砂浆中的减水率逐渐提高。改性聚羧酸减水剂与传统工艺聚羧酸减水剂相比，其砂浆减水率和1小时砂浆流动度保持率均有所提高。这说明聚羧酸减水剂分子主链上的醋酸乙烯链节的引入改变减水剂分子的亲水亲油比，从而影响了减水率。

表2 掺不同聚羧酸系减水剂的水泥砂浆试验

2.3 改性聚羧酸减水剂对混凝土的影响(表3)

表3 改性聚羧酸减水剂的混凝土试验

由表3可知，聚羧酸减水剂经醋酸乙烯改性后，减水率和28天抗压强度都有所提高，但3天强度有所降低。其原因为改性聚羧酸减水剂中的醋酸乙烯经水解后生成羟基，起到地缓凝作用，不利于短期强度。因为减水率的提高使用水量下降，从而有利于长期抗压强度。

3 结论

(1)利用超声辐照，通过在聚羧酸合成体系中加入不溶于水的醋酸乙烯，成功在分子主链中引入了醋酸乙烯链节，得到改性聚羧酸减水剂。

(2)改性聚羧酸减水剂和传统工艺聚羧酸减水剂相比，在净浆流动度、砂浆减水率、混凝土减水率和28天强度方面均有所提高。

[1] 潘志军,宋 波.聚羧酸高性能减水剂合成方法进展[J].山东化工,2017(16)：55-56.

[2] 宋 波,魏晓宏.木质素磺酸钠减水剂超声辅助接枝丙烯酸改性研究[J].化学工程师.2012(11)：10-12．