丙烯酸改性聚羧酸减水剂的合成

胥桂萍，王萌

（江汉大学化学与环境工程学院，湖北武汉430056）

聚羧酸减水剂被称为第三代高效减水剂，因为它具有渗量低，分散性好，可设计性强等优点[1]，可以有效地改善石膏的分散性能，实现制备高强度、高流动性石膏，也正因为它的一系列优良性能使之成为研究热点，被广泛应用于世界石膏市场[2]。本文通过共聚反应合成丙烯酸改性聚羧酸减水剂，同时测定其对脱硫石膏净浆流动度的影响。

1 原料与性能实验方法

1.1 原料

甲基烯丙基聚氧乙烯醚、马来酸酐、丙烯酸、过氧化氢等，均为市售。

1.2 改性聚羧酸减水剂性能实验方法

脱硫石膏净浆流动度的测定。

2 合成方法

在装有搅拌器、温度计和滴加装置的三颈烧瓶中，加入甲基烯丙基聚氧乙烯醚（HPEG）、马来酸酐和去离子水，搅拌、加热，待原料完全溶解至透明后，加入适量的双氧水，继续搅拌，另配制一定浓度的丙烯酸和丙烯酸羟乙酯溶液于滴瓶A，配制一定浓度的抗坏血酸溶液于滴瓶B中，在55℃下将滴瓶A、B同时滴加2 h，滴加完毕后保温反应1 h，反应结束后，用氢氧化钠水溶液调节pH 至中性，得到无色透明的聚羧酸减水剂，装瓶备用。改性聚羧酸减水剂的单体质量比为HPEG∶AA∶MA=33∶3∶1，引发剂双氧水用量为单体总质量的14%。

3 改性聚羧酸减水剂的性能

3.1 不同温度下合成的减水剂对脱硫石膏净浆流动度的影响

自由基共聚反应中的反应温度会影响反应进程和聚羧酸减水剂的性能。若共聚反应的温度太低，引发剂的半衰期可能过长，在反应前期游离基过少，单体转化率降低；若共聚反应温度太高，则引发剂的半衰期可能过短，后期没有足够的游离基保持反应，导致产物的分子量不均匀和单体残留，并且，温度越高，共聚反应的前期速率也越快，产物分子的分子量越低[2]。

本实验以甲基烯丙基聚氧乙烯醚（HPEG）、丙烯酸和马来酸酐为原料，不同反应温度反应3 h，测试产物对脱硫石膏净浆流动度的影响。

表1 不同反应温度合成的减水剂对脱硫石膏净浆流动度的影响

由表1看出，脱硫石膏净浆流动度随着温度的升高而增大。55℃后，随着温度的升高反而减小，所以最佳的反应温度是55℃。

3.2 不同反应时间合成的减水剂对脱硫石膏净浆流动度的影响

反应时间直接影响共聚反应是否充分。时间过短，反应不完全；时间过长，则影响反应物分子的结构。

表2 不同反应时间合成的减水剂对脱硫石膏净浆流动度的影响

由表2 可以看出，随着反应时间的延长，脱硫石膏净浆流动度不断增大，3 h后减少，所以，最佳反应时间为3 h。

3.3 不同引发剂用量合成的减水剂对脱硫石膏净浆流动度的影响

引发剂不仅影响反应速率，而且还影响聚羧酸减水剂的分子量。研究表明，当减水剂主链较短时，分子中的负电基团较少，对脱硫石膏吸附不完全，易于在脱硫石膏中引入气泡，影响施工后的强度；减水剂主链过长时，可能发生支链位阻，使吸附性降低，且分子量太高可能产生难溶于水的聚合物，影响其使用。因此，应合理使用引发剂，控制聚羧酸分子主链的长度。

表3 不同引发剂用量合成的减水剂对脱硫石膏净浆流动度的影响

由表3可看出，随着引发剂用量的增大，脱硫石膏净浆流动度随之增大。超过14%后，流动度反而降低。所以，最佳的引发剂用量为14%。

3.4 不同链转移剂合成的聚羧酸减水剂对脱硫石膏净浆流动度的影响

聚羧酸减水剂是一种梳状结构的高分子材料。通常聚合物的分子量是通过链转移剂来调节的，并且链转移剂的种类还可以控制分子量的大小，以达到最佳效果[3]。

本实验研究了不同链转移剂合成的减水剂与脱硫石膏净浆流动度的关系。原料不变，反应温度为55℃，结果如表4。

表4不同链转移剂合成的减水剂对脱硫石膏净浆流动度的影响

由表4可以看出，最佳链转移剂是丙烯酸羟乙酯，脱硫石膏净浆流动度最大值为163mm。

4 结论

经自由基共聚反应，可以合成丙烯酸改性聚羧酸减水剂。最佳合成条件：反应温度55℃，反应时间3h，引发剂用量14%，链转移剂为丙烯酸羟乙酯。