一种新型聚羧酸盐产品的合成及其性能研究

2019-07-20李宝华

建材发展导向 2019年21期

关键词：链转移羧酸减水剂

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。