聚羧酸系高效减水剂的制备及性能

本科生毕业设计（论文）

由于带水剂甲苯的沸点为110℃，所以反应温度一定要高于110℃，在加热到110℃时，没有出现微沸现象，也没有分出水，酯化反应难以进行，反应必须升温。在130℃时MAA的转化率已经达到50%，反应完全，同时温度过高，容易发生副反应，所以选择反应温度在130℃。 3.1.3 阻聚剂用量对反应的影响

甲基丙烯酸及聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯在高温下都容易发生自聚反应，这不但会影响酯化反应，而且会影响减水剂的合成，本实验采用对苯二酚为阻聚剂。对苯二酚的阻聚机理是，对苯二酚在氧气存在的情况下，先被氧化成对苯醌，从而起到阻聚的作用[23]。

控制反应条件为MPEG与MAA的反应摩尔比为1：2.5，催化剂对甲苯磺酸加入量为原料总量的2%，反应时间为6h，反应温度130℃，加入带水剂甲苯为原料总量的30%。

不同阻聚剂的用量下，通过酸值的变化，计算出阻聚剂对酯化率的影响；并且通过观察反应现象确定是否自聚。

表3-3 阻聚剂用量对反应的影响

阻聚剂用量（%） MAA转化率（%） 酯化率（%）

现象

淡黄色透明液体，放至室

2

60

120

温凝固，瓶壁出现白色絮

状物，自聚严重 淡黄色透明液体，放至室

2.5

14.40

28.80

温凝固，出现少量自聚物，

有爬杆现象

2.8

50.58

100.16

淡黄色透明溶液，放置室

温凝固

乳白色透明液体，放置室

温凝固

3 42.52 85.04

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通过表3-3可以看出，在阻聚剂不足的情况下，甲基丙烯酸及其酯化产物容易发生自聚反应和相互之间的共聚反应，但过多的阻聚剂可能会影响到下一步减水剂的合成，而且也造成不必要的浪费，同时考虑到成本问题，阻聚剂的用量为MAA质量的2.8%为宜。 3.1.4 反应时间对反应的影响

控制反应条件为MPEG与MAA的反应摩尔比为1：2.5，催化剂对甲苯磺酸加入量为原料总量的2%，阻聚剂对苯二酚加入量为MAA量的2.8%，反应温度130℃，加入带水剂甲苯为原料总量的30%。

不同反应时间下，通过酸值的变化，计算出反应时间对酯化率的影响，如图3-1：

图3-1反应时间对反应的影响

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根据图3-1，随着反应时间的延长，酯化率提高。在反应允许的范围内，适当延长反应时间，能够有效提高反应酯化率。当反应时间达到6小时后，酯化率已经接近100%，延长反应时间，对酯化率的影响不大，所以，最佳的反应时间为6小时。

3.1.5 催化剂用量对反应的影响

在酯化反应中，通常都要加入催化剂来加快反应速度，催化剂选用的原则是既能加快反应速度，提高酯化率，且对下一步反应无影响。因此，本试验选择了催化活性较好，并且对下一步减水剂的合成无影响的对甲苯磺酸作为催化剂。

控制反应条件为MPEG与MAA的反应摩尔比为1：2.5，反应时间6h，阻聚剂对苯二酚加入量为MAA量的3%，反应温度130℃，加入带水剂甲苯原料总量的30%。

表3-4催化剂用量对反应的影响

催化剂用量（%）

2 3

通过表4可以看出，随着催化剂用量增加，酯化反应速度明显加快，酯化率也不断增加，当催化剂用量反应物总量的3%时，反应6h酯化率达到96.64%，再增加催化剂用量，尽管反应速度可能略有加快，但考虑到反应的成本问题，因此，催化剂用量为反应物总量的3%为宜。

综上第一步大单体的制备的最佳条件：

MPEG与MAA的反应摩尔比为1：2.5，催化剂对甲苯磺酸加入量为原料总量的3%，阻聚剂对苯二酚加入量为MAA量的2.8%，反应温度为130℃，反应时间为6h，加入带水剂甲苯为原料总量的30%。

MAA转化率（%）

42.52 48.32

酯化率（%）

85.04 96.64

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3.2 第二步：聚羧酸系高效减水剂的制备

3.2.1 反应物摩尔比对反应的影响

控制反应条件为甲基丙烯磺酸钠的加入量为单体总质量的3.5%，引发剂过硫酸铵的量为单体总质量的2%并且配制成10%的水溶液进行滴加，自制大单体MPEGMA与MAA的共聚混合物配制成40%的溶液进行滴加。反应温度为85℃，保温时间为2h。

不同摩尔比条件下，通过双键的变化，看出摩尔比对反应的影响，如图3-2：

图3-2反应物摩尔比对反应的影响

未反应的双键越少说明反应转化率越高，通过图3-2可以看出反应物摩尔比对反应的影响，所以选择自制大单体MPEGMA与MAA的摩尔比为3.3：1为佳。

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