聚羧酸系高效减水剂的制备及性能

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RH2CRnSO3MSO3MR-H,CH3;M=Na+,K+,NH4+图1-4萘系减水剂分子结构示意图

② 杂环型高效减水剂

杂环型高效减水剂包括密胺系和古玛隆树脂系减水剂，其结构特点是憎水性主链为亚甲基连接的含N或含O的六元或五元杂环，亲水性的官能团则是连接在杂环上。其结构式表示如图1-1所示。

③ 单环芳烃型高效减水剂

单环芳烃型高效减水剂的主要特点是其憎水主链是由苯基和亚甲基交替连接而成，而在主链的单环上可接有-S03H、-OH和-COOH的亲水性官能团，或烷基、烷氧基等取代基，或有带有聚氧乙烯基等长链基团，使该类减水剂具有类似于羧酸系高效减水剂的梳形结构。为了把具有这种结构特征的减水剂与萘系为代表的多环芳烃类相区别，从而定名为单环芳烃型高效减水剂。其结构特征表现为：分子中憎水性的主链是亚甲基连接的单环芳烃，上面分布着-S03H、-OH、-NH3等亲水基团，可表示如图1-2所示。

④ 脂肪族高效减水剂

脂肪族高效减水剂主要指采用丙酮、焦硫酸盐、甲醛等合成的羰基焦醛高效减水剂，其结构特点是憎水基主链为脂肪族的烃类，而亲水基主要为-S03H、-OH和-COOH等。脂肪族高效减水剂的原材料价格相对较低，工艺简单，而其对混凝土的塑化增强方面的效果则与萘系高效减水剂相近。典型的分子结构式如下图所示：

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H3 C

SO3NaCCH3OCH2CH2OCCH2CH2OnSO3NaCCH3CH3图1-5羰基焦醛高效减水剂的结构示意图

⑤ 聚羧酸系高效减水剂

上面已经初步介绍过，下面还将进行更为详细的介绍。 ⑥ 其他高效减水剂

高效减水剂除了上面所讲述的几种外，还包括木质素磺酸类减水剂及改性木质素磺酸类减水剂，木质素磺酸类减水剂其结构比较复杂，憎水性的主链可以包括含芳烃、脂环烃和脂肪烃等，亲水官能团的种类和分布也比较复杂。该减水剂掺杂量低(水泥重量的0.2%-0.3%)，减水率相对较低(10%左右)，具有一定的缓释性，对混凝土抗压强度提高的幅度较小。但是将普通的木质素磺酸类减水剂进行改性处理就得到改性木质素磺酸类减水剂，改性木质素磺酸类减水剂的减水率可得到较大程度的提高，缓释效果降低，但仍具有少许引气性。通常将改性木质素磺酸类减水剂与其他高效减水剂复配使用，或与早强组分复合配制成早强减水剂。

1.5 聚羧酸系减水剂的作用机理[9]

高效减水剂的作用机理目前仍未完全清楚，很多观点还在研究探讨之中，被大家接受的观点主要有以下几种：静电斥力学说以DLVO溶液分散与凝聚理论为基础，认为高效减水剂吸附在水泥颗粒上，产生较强的静电斥力作用，从而使团聚的水泥颗粒得以分散，赋予浆体优良的工作性。空间位阻学说以 Mackor熵效应理论为基础，认为空间位阻作用取决于高效减水剂的结构和吸附形态或者吸附层厚度等。羧基（-COOH）、羟基（-OH）、胺基（-NH2）、聚氧烷基（-O-R）n等极性基团通过吸附、分散、润湿、润滑等表面活性作用，对水泥颗粒提供分散和流动性能，并通过减少水泥颗粒间摩擦阻力，降低水泥颗粒与水界面的自由能来增加新拌混凝土的和易性。羧酸根离子使水泥颗粒带上

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的负电荷在水泥颗粒之间产生静电排斥作用并使水泥颗粒分散。增大水泥颗粒与水的接触，使水泥充分水化。在扩散水泥颗粒的过程中，放出凝聚体所包围的游离水，改善了和易性。减少了拌水量。聚羧酸系聚合物对水泥有较为显著的缓凝作用。主要由于羧基充当了缓凝成分，R-COO-与Ca2+离子作用形成络合物。降低溶液中的Ca2+离子浓度，延缓Ca(OH)2形成结晶，减少C-H-S凝胶的形成，延缓了水泥水化。目前国外对减水机理的研究较多，对分子结构与减水剂性能之间的关系探讨的也比较多。2007年Frank等探讨了不同结构的聚羧酸醚（主链长度、侧链长度、不同分子量等）对减水剂性能的影响，研究发现，侧链密度与羧酸基团的数量对减水性能的影响较大[10]。2009年Herbert等研究了带有硅的聚羧酸减水剂的减水性能，提出了含有羧酸基团多并且侧链短的聚羧酸醚易于吸附[11]。

1.6 聚羧酸系减水剂的合成方法

聚羧酸系减水剂的合成方法主要有一下三种：大分子单体法、大分子反应法和原位聚合与接枝法。大分子单体法是先酯化后聚合。但是先酯化生成的大单体分离纯化难、生产成本高。由于大分子单体法具有合成工艺比较简单，分子结构设计性强的特点，此法在聚羧酸系减水剂的合成，尤其是丙烯酸类聚合物的合成中，应用较为广泛[12]。

本文即采用大分子单体法，先酯化后聚合的方法。首先通过酯化反应制备出有聚合活性的大分子单体（通常为甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯，MPERMA），然后将一定配比的单体混合在一起，采用溶液聚合的方法得到成品[13]。

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第2章 实验部分

2.1 实验仪器及药品

2.1.1 实验仪器

表2-1 实验仪器

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

仪器及设备名称

三口烧瓶 温度计 球形冷凝管 直形冷凝管 分水器 恒压漏斗 移液管 碱式滴定管 酸式滴定管 量筒 单口烧瓶 电子分析天平 恒温加热磁力搅拌器 循环水式多用真空泵

型号 250ml 150℃ φ=19 φ=19 φ=19 φ=19 10mL 50ml 50ml 25ml 250ml BS334S型 GL-3型 SHZ-95B型

生产厂家

北京赛多利斯仪器有限公司 巩义市予华仪器有限责任公司 河南省巩义市英峪予华仪器厂

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