聚羧酸系減水劑研究

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1、聚羧酸系減水劑研究　　摘要：綜述了聚羧酸系減水劑的合成原理及方法，討論了其減水機理并對其優(yōu)缺點進行了對比，最后還論述了聚羧酸減水劑的發(fā)展現(xiàn)狀和應用前景?！　￡P鍵詞：聚羧酸鹽；減水劑；減水機理　　　　聚羧酸系有機材料目前受到廣泛關注，它主要用于混凝土減水劑、洗滌添加劑、涂料及油墨中的顏料分散劑等領域。該類表面活性劑具有優(yōu)良的洗滌、滲透、分散、乳化、破乳等性能，特別是具有低溫洗滌效果好、耐硬水、生物降解性能好、配位性能強等優(yōu)點。因此，應用范圍很廣，將聚羧酸型高分子用作混凝土減水劑的歷史不長，日本是其首要研究開發(fā)國和使用國。近年來，聚羧酸減水劑在混凝土業(yè)中被廣泛接受，并受到國內外混

2、凝土外加劑研究者及使用者的日益關注。究其原因，與傳統(tǒng)的減水劑萘磺酸和磺化三聚氰胺縮合物相比，他們能在低摻量下賦予混凝土高分散性、流動性及高分散體系穩(wěn)定性防止坍落度損失。同時，工業(yè)萘價格上漲、萘系減水劑生產周期長、環(huán)境污染嚴重等問題日益突出也使聚羧酸系減水劑的應用勢在必行。目前，日本常用高效引氣減水劑的主要成分正從萘磺酸鹽加反應性高分子向聚羧酸系過渡，歐美各國亦緊追其后。　　有關聚羧酸減水劑研究進展特別是對該類減水劑制備原理、作用機理、發(fā)展前景等方面綜述報道較少。筆者擬對該類減水劑的制備原理、作用機理、發(fā)展前景等方面研究進展做一綜述?！　　　?制備原理　　　　聚羧酸鹽高性能減水

3、劑是由帶有磺酸基、羧基、氨基以及含有聚氧乙烯側鏈等的大分子化合物，在水溶液中，通過自由基共聚原理合成的具有梳型結構的高分子表面活性劑?！　『铣删埕人猁}高性能減水劑所需的主要原料有：甲基丙烯酸、丙烯酸、丙烯酸乙酯、丙烯酸羥乙酯、烯丙基磺酸鈉、甲基丙烯酸甲酯、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯酸、甲氧基聚氧乙烯甲基丙烯酸酯、乙氧基聚乙二醇丙烯酸酯、烯丙基醚等，在聚合過程中可采用的引發(fā)劑為：過硫酸鹽水性引發(fā)劑、過氧化苯甲酰、偶氮二異丁氰；鏈轉移劑有：3-疏基丙酸、疏基乙酸、疏基乙醇以及異丙醇等?！　『铣煞椒椋涸谂溆须妱訑嚢杵?、溫度計、滴液裝置、以及回流冷凝管的圓底燒瓶中，通過水浴加熱的

4、方法緩慢滴加聚合單體溶液和引發(fā)劑溶液，在選用聚合單體時，應充分考慮其競聚率的大學。反應溫度可根據(jù)具體的反應單體類型來決定，一般可以選擇70~95℃這一溫度區(qū)間內的溫度作為反應溫度。在一小時內滴加完單體溶液，然后再在20min內滴加殘余的引發(fā)劑溶液，最后將溫度升高5℃，繼續(xù)反應1h，降溫至40℃后，中和出料?！　　　?作用機理　　　　聚羧酸鹽高性能減水劑是一種新型減水劑，具有許多突出的優(yōu)點，但其作用機理目前尚未完全清楚，以下是其中的一些觀點：　　(1)聚羧酸類聚合物對水泥有較為顯著的緩凝作用，主要由于羧基充當了緩凝成分，R-COO～與Ca2+離子作用形成絡合物，降低溶液中的Ca

5、2+離子濃度，延緩Ca(OH)2形成結晶，減少C-H-S凝膠的形成，延緩了水泥水化。　　(2)羧基(-COOH)，羥基(-OH)，胺基(-NH2)，聚氧烷基(-O-R)n等與水親和力強的極性集團主要通過吸附、分散、濕潤、潤滑等表面活性作用，對水泥顆粒提供分散和流動性能，并通過減少水泥顆粒間摩擦阻力，降低水泥顆粒與水界面的自由能來增加新拌混凝土的和易性。同時聚羧酸類物質吸附在水泥顆粒表面，羧酸根離子使水泥顆粒帶上負電荷，從而使水泥顆粒之間產生靜電排斥作用并使水泥顆粒分散，導致抑制水泥漿體的凝聚傾向(DLVO理論)，增大水泥顆粒與水的接觸面積，使水泥充分水化。在擴散水泥顆粒的過程

6、中，放出凝聚體鎖包圍的游離水，改善了和易性，減少了拌水量。　　(3)聚羧酸分子鏈的空間阻礙作用(即立體排斥)。聚羧酸類物質份子吸附在水泥顆粒表面呈“梳型”，在凝膠材料的表面形成吸附層，聚合物分子吸附層相互接近交叉時，聚合物分子鏈之間產生物理的空間阻礙作用，防止水泥顆粒的凝聚，這是羧酸類減水劑具有比其他體系更強的分散能力的一個重要原因。　　(4)聚羧酸類高效減水劑的保持分散機理可以從水泥漿拌和后的經(jīng)過時間和Zeta電位的關系來了解。一般來說，使用萘系及三聚氰胺系高效減水劑的混凝土經(jīng)60min后坍落度損失明顯高于含聚羧酸系高性能減水劑的混凝土。這主要是后者與水泥粒子的吸附模型不同

7、，水泥粒子間高分子吸附層的作用力是立體靜電斥力，Zeta電位變化小?！　≡谘芯科鋵λ喾稚⒆饔脵C理時發(fā)現(xiàn)，僅用DLVO理論解釋為離子間斥力常與實驗結果有很大出入。Uchikain內坍落度基本不損失或損失較??；　　(2)在相同流動性情況下，對水泥凝結時間影響較小，可很好地解決減水、引氣、緩凝、泌水等問題；　　(3)聚羧酸鹽高性能減水劑可以通過調節(jié)分子結構，制備具有特殊性能和用途的超減水劑，如：低溫高早期強度型、零坍落度損失型、抗收縮型等。　　(4)使用聚羧酸類減水劑，可用更多的礦渣或粉煤灰取代水泥，從而使