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聚羧酸减水剂工艺 聚羧酸高效减水剂化学成分篇一
---青岛鼎昌新材料 引言近年来，混凝土外加剂的生产已经朝着高性能、无污染方向发展。以聚羧酸系为代表的第三代高性能减水剂大量应用于大型建设工程。该类减水剂的主要优点是掺量低、减水率高、高分散性、高保坍性、引言
近年来，混凝土外加剂的生产已经朝着高性能、无污染方向发展。以聚羧酸系为代表的第三代高性能减水剂大量应用于大型建设工程。该类减水剂的主要优点是掺量低、减水率高、高分散性、高保坍性、引气量小、不泌水等，是配制高强度、高耐久性、大流态等高性能混凝土的首选减水剂，并被国内外公认为环保型高性能减水剂，对此类减水剂的合成研究是当前混凝土外加剂研究领域的最热门课题之一。
目前，聚羧酸合成技术已经比较成熟、稳定，但仍存在着合成温度比较高(60 ～80 ℃)，整个反应时间比较长(5 ～7 h)，生产效率低的问题对于在低温条件下、高效合成减水剂的工艺罕见报道，因此开发出一种合成温度低、反应时间短的合成方法显得尤为重要。本研究从降低聚合反应的温度(20 ～25 ℃)入手，以异戊烯醇聚氧乙烯醚、甲基丙烯磺酸钠、丙烯酸、复合引发剂 e 等为原料，在较短反应时间内(2 h)，通过自由基共聚合反应合成聚羧酸高效减水剂，实现一种聚羧酸减水剂的低温合成技术。试验
2． 1 主要原料和设备
异戊烯醇聚氧乙烯醚(tpeg2400)，工业品;甲基丙烯磺酸钠(sams)，化学纯;丙烯酸(aa)，工业品;去离子水，工业品;氢氧化钠，分析纯;引发剂 e。
df-101s 集热式磁力搅拌(河南智诚仪器有限公司);dw-1 型电动搅拌器(江苏省金坛市医疗仪器厂);分析天平(上海精密仪器有限公司);nj-160a 水泥净浆搅拌机(无锡市建鼎建工仪器厂);蠕动泵(保定创锐泵业有限公司)。2． 2 聚羧酸减水剂的制备
一定量的 tpeg2400 单体和 sams 置入四口烧瓶中，加入适量的去离子水，开启蠕动泵，于2 h 内匀速滴加引发溶剂 e 及 aa 水溶液，反应过程中温度保持在 20 ～25 ℃，滴加完成后，用 w(naoh)=40% 的水溶液调节体系 ph 值至中性，即得聚羧酸产品。2． 3 产品性能测试
水泥净浆流动度与 1 h 经时流动度的测量，按照 gb/t 8077-2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》，水灰比 0． 29，减水剂掺量 0． 18%，分别测定水泥净浆流动度和水泥砂浆减水率。结果与讨论
3． 1 酸醚比对减水剂分散性能的影响
在 25 ℃条件下，固定甲基丙烯磺酸钠(sams)的配比，引发剂 e 用量为 0． 18%((相对于所有单体总摩尔量的百分比，下同)，保持其他操作条件的相同情况下，考查不同酸醚比 n(aa)∶ n(tpeg2400)对减水剂分散性和分散保持性能的影响，试验结果见图 1。
由图 1 可知，随着 n(aa)∶ n(tpeg2400)的增大，净浆流动度逐渐增大。当 n(aa)∶ n(tpeg2400)= 4时水泥净浆流动度达到280 mm，1 h 后保持在270 mm。主要是由于减水剂吸附到水泥颗粒表面，tpeg 中的peo 侧链在水泥颗粒间产生良好的空间阻碍作用，使水泥颗粒不能彼此靠近，有效阻碍水泥的絮凝，且-cooh 与 peo 侧链的比例适当，主链上带电荷基团的静电斥力和侧链上的空间位阻效应的协同作用充分发挥，分子结构合理，各官能团协调作用，使减水剂的分散性及分散保持性最好。当 n(aa)∶ n(tpeg2400)﹥4 时水泥净浆流动度开始明显下降，可能是因为丙烯酸浓度增大，丙烯酸的自聚倾向增强，很容易形成均聚物，导致水泥的分散性能及分散保持性能下降。
3． 2 sams 用量对减水剂分散性能的影响
在 25 ℃条件下，固定 n(aa)∶ n(tpeg2400)为 4∶ 1，引发剂 e 用量为 0． 18%，保持其他操作条件的不变情况下，考查不同甲基丙烯磺酸钠对减水剂分散性和分散保持性能的影响，试验结果见图 2。
由图 2 可知，随着 sams 用量的增加，水泥的净浆流动度先增大后减小。当 sams 用量0． 3 mol 时，减水剂的初始净浆流动度达到 280 mm，1 h 后保持在 270 mm。这是因为 sams 具有亲水基团-so 3 h，具有较好的减水性和缓凝效果，随着 sams 用量的增加，聚合产物的分散性显著提高，但其用量过大时，sams 具有一定的链转移作用，会影响减水剂相对分子质量的大小，易生成不易溶于水的聚合物。
3． 3 引发剂 e 对减水剂分散性能的影响
在 25 ℃条件下，固定 n(aa)∶ n(tpeg2400)为4∶ 1，sams 0． 3 mol，保持其他操作条件的不变情况下，考查不同引发剂 e 用量(相对于所有单体总摩尔量的百分比)对减水剂分散性和分散保持性能的影响，试验结果见图 3。
由图 3 可知，随着引发剂用量的增加，水泥的净浆流动度先增大后减小，当引发剂用量为 0． 18% 时，水泥净浆初始流动度达到 280 mm，1 h 后仍保持在 270 mm。当用量继续增加时，水泥的净浆流动度反而下降。
这是因为，在聚合反应中，引发剂不仅能起到引发聚合反应的作用，且具备一定的调节分子量作用。引发剂用量较少时，所得聚合物的主链聚合度相对较高，分子量较大，容易产生絮凝，当引发剂用量过高时，所得聚合物的主链聚合度过低，分子量较小，所带的负电基团较少，静电斥力小，减水剂的分散性能降低。1
3． 4 反应温度对减水剂分散性能的影响 固定 n(aa)∶ n(tpeg2400)为 4∶ 1，sams 的用量 0． 3 mol，引发剂 e 用量 0． 18%，在室温下，采用恒温水浴锅控制反应温度 10 ℃、15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃、35 ℃进行实验，考查不同反应温度对减水剂分散性和分散保持性能的影响，试验结果见图 4。
由图 4 可知，减水剂的分散性随着反应温度的升高呈现曲线变化。反应温度在 25 ℃时，所得减水剂性能最佳，可使水泥初始静净浆流动度达到 280 mm，1 h 后保持在 270 mm。当温度高于 25 ℃时，引发剂 e 分解速率较快，聚合速度太快，支链太多，残余单体数量较多，聚合反应不完全。当温度低于 20 ℃时，引发剂 e分解速率降低，聚合速度变慢，单体转化率降低。
3． 5 投料方式对减水剂分散性能的影响 根据自由基聚合原理，投料方式的不同会影响大单体和丙烯酸的共聚倾向及大单体的转化率。在25 ℃条件下，固定 n(aa)∶ n(tpeg2400)为4∶ 1，sams 的用量0． 3 mol，引发剂 e 用量0． 18%，反应时间2 h，此处主要考查了不同投料方式对减水剂分散性能的影响:(1)全混法:将 tpeg、sams、aa、引发剂 e 一次性投入三口烧瓶中，控制温度进行反应 2 h。(2)半混法:将一定配比的 tpeg、sams、aa 投入三口烧瓶中，引发剂 e 混合均匀后连续滴加 2 h 进行反应。(3)分别滴加法:将一定配比的 tpeg、sams 投入三口烧瓶中，aa 及引发剂 e 分别同时以滴加加入。试验结果见图 5。
由图 5 可知，相同条件下，采用分别滴加法所得减水剂流动度较大，初始净浆流动度达到 280 mm。主要原因是全混法和半混法反应体系中，活性较大的单体先行聚合，剩余活性较小的单体聚合速率较低，使得产品中有效成分较少，且分子量不均匀。而分别滴加法有效的控制了活性较高的单体的加入速率，所得产品结构合适、分子量均匀，其净浆的流动度及保留性比较理想。因此，试验中采用分别滴加法。
3． 6 反应时间对减水剂分散性能的影响
在 25 ℃条件下，固定 n(aa)∶ n(tpeg2400)为 4∶ 1，sams 的用量 0． 3 mol，引发剂 e 用量 0． 18%，保持其他操作条件的相同情况下，考查不同反应时间对减水剂分散性和分散保持性能的影响，试验结果见图 6。
在聚合反应中，自由基聚合反应，一般不存在中间产物，反应体系除了生成一定分子量的聚合物，就是未反应的单体。随着反应时间的增长，减水剂大分子链上接枝的不同官能团的数目随之增加，反应程度也随之增加，所得减水剂的流动度也随之增大。由图 6 可知，反应时间 2 h 时，所得减水剂性能最佳，可使净浆度达到 280 mm。当反应时间超过 2 h，净浆流动度基本保持不变，因此最佳反应时间为 2 h。
3． 7 采用最佳工艺制得的减水剂性能测定
在25 ℃条件下，n(sams)∶ n(aa)∶ n(tpeg2400)=0． 3∶ 4． 0∶ 1． 0，2 h 内匀速滴加引发剂 e 及共聚单体aa 于 sams、tpeg 混合溶液中，共聚单体 aa 溶液先于引发剂 e 溶液滴加完毕，再用 w(naoh)=40% 的水溶液中和，制得聚羧酸系减水剂。对此减水剂进行了水泥净浆性能测试，在水灰比为 0． 29，掺量为 0． 18%条件下，水泥净浆初始流动度为 280 mm，1 h 经时流动度为 270 mm，减水率达到 29%。合成的聚羧酸减水剂在低掺量下表现出很好的分散性与分散保持性能，且减水效果较好。结论
(1)本文研究一种聚羧酸减水剂的低温生产工艺，通过单因素实验分析，得到最佳工艺条件:反应温度25 ℃，n(sams)∶ n(aa)∶ n(tpeg)=0． 3∶ 4． 0∶ 1． 0，引发剂 e 用量为 0． 18%，反应时间 2 h;(2)采用最佳工艺条件合成得到的减水剂，在水灰比为 0． 29，掺量为 0． 18% 条件下水泥净浆初始流动度为 280 mm，1 h 经时流动度为 270 mm，具有较好的分散性与分散保持性能;(3)在混凝土中掺加采用最佳工艺制得的聚羧类减水剂，其减水率可达 27%，且强度越发稳定。与国内目前广泛应用的聚羧酸类减水剂相比，该减水剂减水率高，保坍性好，合成工艺简单，且聚合反应过程在室温下即可完成，耗能更低，成本较低，具有良好的性价比和市场竞争力。
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聚羧酸减水剂工艺 聚羧酸高效减水剂化学成分篇二
实验
1.1 原材料
丙烯酸（aa）、甲基丙烯磺酸钠（mas）、过硫酸铵（aps）均为市售化学试剂；聚氧乙烯基烯丙酯大单体，自制，其聚合度分别约为9、23、35；水泥，p.o42.5r，重庆腾辉江津水泥厂产。
1.2 聚羧酸减水剂的合成方法
将丙烯酸、甲基丙烯磺酸钠、过硫酸铵、聚氧乙烯基烯丙酯大单体分别用去离子水配成浓度为20%的水溶液。在装有搅拌器、回流冷凝管及温度计的三颈烧瓶中分批滴加单体及引发剂，滴加完毕后在75℃下保温反应一定时间。反应结束后，用浓度为20%的naoh水溶液调节ph值至7～8，得到浓度约为20%的黄色或红棕色聚羧酸减水剂。
1.3 正交试验设计
采用正交试验方法，通过改变丙烯酸（aa）、甲基丙烯磺酸钠（mas）、聚氧乙烯基烯丙酯大单体（pa）、过硫酸铵（aps）4个因素的用量，考察四因素在三水平下合成的聚羧酸减水剂对水泥净浆初始流动度及流动度经时损失的影响，从而确定聚羧酸减水剂的最佳合成配方。正交试验因素及水平见表1，表中引发剂aps用量为mas、aa、pa等3种单体总质量的百分比。表2为不同实验组数对应的各因素水平。
1.4 掺减水剂水泥净浆流动度测试方法
水泥净浆初始流动度按gb8077-2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》中测定水泥净浆初始流动度的方法进行测试，w/c为0.29。
水泥净浆流动度经时损失的测试方法为：保持一定水灰比，加入一定量的聚羧酸减水剂，按gb8077-2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》每隔一定时间测试水泥净浆的流动度。
结果与分析
2.1 减水剂掺量对水泥净浆初始流动度的影响
表3为对在表2中1～9组的3种聚羧酸减水剂（jh9、jh23、jh35）在不同掺量时对水泥净浆初始流动度的影响。
由表3可知，当减水剂掺量大于0.5%以后，增加减水剂掺量，水泥净浆初始流动度增大变缓。表明该聚羧酸减水剂的饱和掺量为水泥质量的0.5～0.8%。
2.2 聚羧酸减水剂合成配方的确定
通过对表3的实验结果计算分析，可看出减水剂掺量为0.5%时四因素对水泥净浆初始流动度影响的显著程度。聚羧酸减水剂合成时各因素对水泥净浆初始流动度影响的极差分析见表)（减水剂掺量为0.5%）。
2.2.1 聚羧酸减水剂jh9合成配方的确定
由表4可知：（1）在设计的原料用量范围内，掺jh9的水泥净浆初始流动度随mas、aa用量的增加而增加，随pa和aps用量的增加而下降；（2）由极差r可知，四因素对水泥净浆初始流动度影响均较显著，影响程度从大到小依次为：pa、aps、aa、mas；（3）jh9的较佳合成配方为：mas：aa：pa（摩尔）=1.5：（5.0～7.0）：（1.0～1.25）,aps的用量为15%。
图1为四因素在三水平下所合成的jh9聚羧酸减水剂对水泥净浆流动度经时损失的影响。图1中的水泥净浆流动度为各因素分别在三水平下的算术平均值，减水剂掺量为水泥质量的0.8%（图2和图3与此相同）。
由图1可知，mas用量对水泥净浆的初始流动度影响不大，但增大mas用量有利于水泥净浆流动度的保持，mas用量为1.0～1.5mol时，水泥净浆流动度经时损失曲线基本接近，因此，mas用量取1.0～1.5mol为宜；增大aa用量对水泥净浆初始流动度有利，但pa用量过大对水泥净浆的流动度保持不利，aa用量取5.0mol为宜；pa用量对水泥净浆流动度的保持有一最佳值，pa用量取1.25mol为宜；aps在三水平下对水泥净浆流动度经时损失影响较小，aps用量可取15%～25%。
综合考虑jh9掺量为0.5%时对水泥净浆初始流动度和掺量为0.8%时对水泥净浆流动度经时损失的影响，jh9的最佳合成配方为：mas：aa:pa（摩尔）=1.5：5.0：1.25,aps用量为15%。
2.2.2 聚羧酸减水剂jh23合成配方的确定
由表4可知，水泥净浆初始流动度随mas、pa、aps用量增加而下降，随aa用量增加而增大。由极差r可知，四因素对水泥净浆初始流动度影响均较显著，影响程度从大到小依次为aa、aps、pa、mas。较佳合成配方为：mas:aa:pa（摩尔）=(0.5～1.5):5.0（1.0～1.25），aps用量15%。图2为四因素在三水平下所合成的聚羧酸减水剂jh23对水泥净浆流动度经时损失的影响。由图2可知，mas用量对水泥净浆初始流动度的影响不大，但增大mas用量有利于水泥净浆流动度的保持，mas用量取1.5mol为宜；aa用量为5.0～7.0时对水泥净浆初始流动度影响不大，但aa用量过大不利于水泥净浆流动度的保持，aa用量在3.0～5.0mol时的水泥净浆经时损失基本接近，aa用量取5.0mol为宜；pa用量对水泥净浆初始流动度的影响相差不大，pa用量为1.25mol和1.5mol时对水泥净浆的流动度保持较好，pa用量取1.25～1.5mol为宜；aps用量为15%时，水泥净浆的初始流动度大，经时损失小。
综合前述，可得出聚羧酸减水剂jh23的最佳合成配方与jh9的相同。
2.2.3 聚羧酸减水剂jh35合成配方的确定
由表4可知，四因素在所设计的三水平下合成的聚羧酸减水剂jh35掺入水泥净浆中，所测水泥净浆的初始流动度相差不大。从极差r可知，合成jh35时各因素对水泥净浆初始流动度的影响均不及合成jh9和jh23时显著，影响程度稍大的为aa的用量。图3为四因素在三水平下所合成的jh35对水泥净浆流动度经时损失的影响。
由图3可知，mas用量对水泥净浆初始流动度及流动度经时损失的影响均不大，mas用量可取0.5～1.5mol；aa用量过少，初始流动度小，aa用量过大，流动度经时损失大，aa用量以5.0mol为宜；pa用量对水泥净浆的初始流动度的影响不大，pa用量为1.00mol时，在经时60min前的流动度明显高于用量为1.25和1.5mol时的流动度，而pa用量为1.25mol时的经时流动度始终大于用量为1.5mol时的流动度，因此用量pa 可取1.25～1.5mol；aps用量为15%时，初始流动度大，且流动度经时损失小，aps 取15%为宜。
综合前述，聚羧酸减水剂jh35的最佳合成配方为：mas：aa:pa（摩尔）=1.0：5.0：1.0,aps用量为15%。
2.3 采用最佳配方合成的减水剂对水泥净浆流动度的影响
减水剂对水泥颗粒的分散作用与其分子结构及形态有关，水泥净浆的流动度经时损失主要与水泥粒子表面减水剂分子吸附层的立体斥力有关。对于该聚羧酸减水剂，水泥净浆分散性保持的机理还在于减水剂分子中聚醚侧链以酯键的形式与主链连接，在碱性环境中发生分解，缓慢释放羧基，二次补充作用于水泥粒子间的静电斥力，使水泥净浆流动度的损失得到有效控制。
聚羧酸减水剂jh9、jh23、jh35的侧链长度不同，空间位阻效应不同，对水泥净浆分散性及分散保持性也就不同。图4为jh9、jh23、jh35在不同掺量时对水泥净浆初始流动度的影响。图5为掺jh9、jh23、jh35（掺量均为水泥质量的0.5%)对水泥净浆流动度经时损失的影响。由图4可知，不同侧链长度的聚羧酸减水剂jh9、jh23、jh35在不同掺量下对水泥净浆初始流动度影响相差不大。
由图5可知，掺聚羧酸减水剂jh23、jh35的水泥净浆的经时损失小，尤以jh23聚羧酸减水剂为佳；而掺jh9的水泥净浆流动度经时损失大。可见侧链较长的聚羧酸减水剂对水泥净浆的流动度保持有利。这是因为多羧酸系共聚物为梳形柔性吸附，其疏水基团吸附在水泥颗粒表面，聚醚侧链向外伸展，侧链较长的聚羧酸减水剂的空间位阻比侧链较短的聚羧酸减水剂的大，同时因为聚羧酸减水剂中的侧链以酯键的形式与主链连接，在碱性环境中发生缓慢分解而释放羧基，侧链较长的聚羧酸减水剂羧基释放时间相对较长，从而使流动度经时损失小，有利于流动度保持。结论
（1）尽管磺酸基具有较强的吸附能力和分散性，具有较强的表面活性，有利于减水剂分子在水泥颗粒上吸附，提高动电位，但mas用量越多，对水泥颗粒的分散性并非越大。
（2）aa用量较大时对提高水泥净浆的分散性有利，但对分散性的保持不利。
（3）引发剂过硫酸铵用量过大，对水泥净浆的分散性及分散性的保持不利。这是由于引发剂用量愈大，减水剂分子量愈小，分子链愈短。短的分子链对水泥净浆分散性及分散性保持不利。
（4）pa用量较大时，对水泥净浆的初始流动度不利，但有利于流动度保持。
（5）合成不同侧链长度的聚羧酸减水剂，其最佳配比不尽相同。对于聚羧酸减水剂jh9 和jh23其最佳配比为：mas：aa:pa（摩尔）=1.5：5.0：1.25,aps用量为15%；jh35的最佳配比为mas：aa:pa（摩尔）=1.0：5.0：1.0,aps用量为15%。
（6）在最佳配比下合成的jh23、jh35聚羧酸减水剂有较好的初始流动度且流动度经时损失小，尤以jh23为佳。聚羧酸减水剂jh9的经时损失大。
聚羧酸减水剂工艺 聚羧酸高效减水剂化学成分篇三
聚羧酸型减水剂的合成工艺 前言
混凝土减水剂可以较好地分散水泥颗粒,减少达到规定工作度的用水量,它既可以用来提高混凝土强度,也可以用来提高混凝土的工作性能,是混凝土材料中的关键组分之一。
目前广泛使用的混凝土减水剂主要有4大类,即萘系、密胺系、聚羧酸系和氨基磺酸盐系。其中聚梭酸系高性能混凝土减水剂在1985年由日本研发成功后, 20世纪90年代中期己正式工业化生产,是继木钙和萘系减水剂后发展起来的第三代高性能混凝土减水剂,以高减水率、高保坍、高增强、与水泥适应性强等特点,以及超分散性和超稳定性引起了人们的密切关注,目前在欧美一些发达国家得到了广泛应用[ 1 ]。
聚羧酸型减水剂分子链上具有较多的活性基团,主链上连接的侧链较多,分子结构自由度大,高性能化潜力大,因此聚羧酸型减水剂是近年来国内外研究较为活跃的高性能减水剂之一,同时也是未来减水剂发展的主导方向。本文在合成聚醚甲基丙烯酸酯大单体的基础上,采用水溶液共聚的方法合成出了聚羧酸系高效减水剂,通过因素试验确定最佳的合成工艺,并研究了其应用性能。2 实验
2.1 实验原料及试验设备
聚醚(分子量为1200,上海台界化工有限公司);对甲苯磺酸(国药集团化学试剂厂);对苯二酚(天津市大茂化学试剂厂);甲基丙烯磺酸钠(余姚市东泰精细化工有限公司);甲苯(天津市大茂化学试剂厂);甲基丙烯酸(成都科龙化工试剂厂);过硫酸铵(天津市大茂化学试剂厂)等。
聚羧酸系减水剂:进口聚羧酸(p s1, 60%);国内聚羧酸(p s2, 40%);自制聚羧酸(p s3, 20%)。水泥:炼石p·o 42.5 级普通硅酸盐水泥;建福p ·o42.5级普通硅酸盐水泥。500ml三颈烧瓶;集热式恒温磁力搅拌器;温度计;250ml滴液漏斗;旋转蒸发器等。2.2 合成方法 2.2.1 大单体的合成
将一定量的聚醚、甲基丙烯酸、阻聚剂对苯二酚和催化剂对甲苯磺酸加到装有温度计的三颈瓶中,以甲苯为带水剂,在130℃下酯化8h。反应结束后,真空除去其中的带水剂和少量杂质,得到所需的大单体。在130℃下反应即是为减少甲基丙烯酸的挥发,又能提高了酯交换反应的安全度。
2.2.2 聚羧酸盐减水剂的合成
将预定的水和甲基丙烯磺酸钠加入到三颈瓶中, 90℃下分别滴加制备的大单体、甲基丙烯酸混合液和引发剂水溶液,约1.5h滴完并保温搅拌2.5h。反应结束后冷却至70℃用naoh水溶液(30%)中和ph值为6～7,得到黄色或棕红色的水溶液(浓度为20%)。2.2.3 水泥净浆及混凝土性能试验
按照gb80771997 对聚羧酸型减水剂进行净浆和混凝土性能测试。结果与讨论
3.1 反应温度对聚羧酸性能的影响
本聚合反应是吸热反应,聚合温度影响了反应的进程及产物的性能。如果温度选择过低,则引发剂的半衰期过长,在一般的聚合时间内,引发剂残留分率大,单体的转化率就底;而温度过高,则半衰期过短,早期即有大量分解,聚合后期将无足够的引发剂来保持适当的聚合速率,造成聚合产物的分子结构不均匀。同时温度愈高,聚合速率愈大,同时聚合物分子量愈低[ 2 ]。聚合温度对反应的影响如表1所示。
随着温度的升高,水泥净浆分散性先增大,后随之降低,100℃时所合成的减水剂对水泥净浆分散性最差。这可能是因为一方面温度升高,分子量减小,从而影响它对水泥净浆流动度的保持,另一方面,主链上的侧链因为是酯类化合物,在高温下发生可逆反应,部分侧链发生脱落从而造成分散性保持的降低。3.2 反应时间对减水剂性能的影响
随着反应的进行,单体浓度逐步降低,聚合物浓度则相应提高,延长反应时间主要是为了提高转化率,对产物性能的影响较小。反应时间对聚羧酸系减水剂的分散性能的影响如表2。
如果聚合时反应时间较短,则共聚体系中单体的转化率较低,溶液中还存在着一定的单体,这对于水泥净浆流动度的保持不利。反应的时间越长,侧链脱落的数目就越多,以致于难以“屏蔽”主链上的发挥减水作用的功能基团如羧基、磺酸基,从而引起水泥净浆流动度保持能力的下降。
3.3 引发剂用量的影响
在聚合反应过程中,引发剂用量对产物的分子量大小、分子量分布和单体的转化率有十分重要的影响。其中分子量的大小和分子量分布影响着减水率和混凝土的保坍性能单体;而单体转化率关系到聚羧酸聚合物的产率和有效含量。具体数据如表3所示。
从表中可以看出,引发剂用量在2.5%时,净浆流动度达到最大值,同时其经时损失最小。3.4 混凝土性能试验
一般认为,聚羧酸系减水剂的分散能力除了静电斥力外,主要是通过其梳形结构提供了空间位阻效应,即水泥颗粒的表面被一种嵌段或接枝共聚物分散剂所稳定,以防发生无规凝聚,同时聚羧酸分子中的羟基、羧基吸附在水化物的晶核上,延缓了结晶、水化硬化的速度,从而有利于混凝土的保坍性能[ 3 ]。
为了进一步比较合成产物的性能,将所合成的聚羧酸与国外的p s1聚羧酸减水剂、国内p s2聚羧酸减水剂进行了混凝土性能试验。
注:混凝土配合比/kg, c(水泥): s(砂子): g(石子)= 1: 2.04: 2.6通过混凝土试验,自制的聚羧酸减水剂具有较好的使用性能,已经到达或优于国内合成聚羧酸的水平,但比起国外的聚羧酸减水剂,还有一定的差距。根据以上的试验分析,我们得出了最佳的合成工艺条件。4 结论
⑴当聚合条件为:反应温度90℃,反应时间4h,引发剂用量2.5%时,合成出的聚羧酸具有最佳的使用效果。
⑵根据混凝土试验,自制的聚羧酸减水剂已经具有较好的使用效果,且部分性能已经优于国内大多聚羧酸的水平。
⑶减水剂在水溶液下生产,工艺条件温和、无污染,符合环保发展方向,将有广泛的发展前途。
聚羧酸减水剂工艺 聚羧酸高效减水剂化学成分篇四
聚羧酸系减水剂
百科名片
聚羧酸系高性能减水剂（液体）是继木钙为代表的普通减水剂和以萘系为代表的高效减水剂之后发展起来的第三代高性能减水剂，是目前世界上最前沿、科技含量最高、应用前景最好、综合性能最优的一种高效减水剂。pc聚羧酸系高性能减水剂是代表当今世界技术含量最领先的减水剂产品。经与国内外同类产品性能比较表明，pc聚羧酸系高性能减水剂在技术性能指标、性价比方面都达到了当今国际先进水平。
一、性能特点
1、掺量低、减水率高：减水率可高达45%，可用于配制高强以及高性能混凝土。
2、坍落度轻时损失小：预拌混凝土2h坍落度损失小于15%，对于商品混凝土的长距离运输及泵送施工极为有利。
3、混凝土工作性好：用pc聚羧酸系高性能减水剂配制的混凝土即使在高坍落度情况下，也不会有明显的离析、泌水现象，混凝土外观颜色均一。对于配制高流动性混凝土、自流平混凝土、自密实混凝土、清水饰面混凝土极为有利。用于配制高标号混凝土时，混凝土工作性好、粘聚性好，混凝土易于搅拌。
4、混凝土收缩小：可明显降低混凝土收缩，显著提高混凝土体积稳定性及耐久性。
5、碱含量极低：碱含量≤0.2%。
6、产品稳定性好：低温时无沉淀析出。
7、产品绿色环保：产品无毒无害，是绿色环保产品，有利于可持续发展。
8、经济效益好：工程综合造价低于使用其它类型产品。
9、唯一的缺点可能就是与其他水泥和胶凝材料的适应性问题，可以这么说，聚羧酸类减水剂是所有减水剂系类中与水泥适应性最差的外加剂之一，所以在使用之前都要对水泥以及其他胶凝材料做适应性的实验来确定其性能好坏，这是很值得注意的地方！
二、技术性能
项 目（标准型）（缓凝型）
外观 浅棕色液体 浅棕色液体
密度（g/ml）1.07±0.02 1.07±0.02 固含量（%）20±2 20±2 水泥净浆流动度（基准水泥）（㎜）≥250（w/c=0.29）≥250（w/c=0.29）
ph 6～8 6～8
氯离子含量（%）≤0.02 ≤0.02 碱含量（na2o＋0.658k2o）（%）≤0.2 ≤0.2
聚羧酸系高性能减水剂混凝土性能指标
项 目（标准型）（缓凝型）
减水率（%）25～45 25～45 泌水率比（%）≤20 ≤20
坍落度增加值（㎜）＞100 ＞100 坍落度保留值（1h）（㎜）≥160 ≥160 含气量（%）2.0～5.0 2.0～5.0
凝结时间差（min）初凝-90～+90 +150 终凝-90～+90 +150
抗压强度比（%）1d ≥180 无要求 3d ≥165 ≥155 7d ≥155 ≥145 28d ≥135 ≥130
耐久性 28d收缩率比（%）≤100 ≤100 200次快冻相对动弹模量（%）≥60 ≥60 抗氯离子渗透性（c）≤1000 ≤1000 碳化深度比（%）≤100 ≤100 钢筋锈蚀 无 无
常用掺量（%）占胶凝材料总量的0.8～1.5%
三、使用说明
1、dh-4004型聚羧酸系高性能减水剂的掺量为胶凝材料总重量的0.4%～2.5%，常用掺量为0.8%～1.5%。使用前应进行混凝土试配试验，以求最佳掺量。
2、dh-4004型聚羧酸系高性能减水剂不可与萘系高效减水剂混合使用，使用聚羧酸系高性能减水剂时必须将使用过萘系高效减水剂的搅拌机和搅拌车冲洗干净否则可能会失去减水效果。
3、使用聚羧酸系高性能减水剂时，可以直接以原液形式掺加，也可以配制成一定浓度的溶液使用，并扣除聚羧酸系高性能减水剂自身所带入的水量。
4、由于掺用聚羧酸系高性能减水剂混凝土的减水率较大，因此坍落度对用水量的敏感性较高，使用时必须严格控制用水量。
5、聚羧酸系高性能减水剂与绝大多数水泥有良好的适应性，但对个别水泥有可能出现减水率偏低，坍落度损失偏大的现象。另外，水泥的细度和储存时间也可能会影响聚羧酸系高性能减水剂的使用效果。此时，建议通过适当增大掺量或复配其它缓凝组分等方法予以解决。
6、掺用聚羧酸系高性能减水剂后，混凝土含气量有所增加（一般为2%～5%）有利于改善混凝土的和易性和耐久性，如需在蒸养混凝土中使用或有其它特殊要求，请联系我们，我们为您及时解决。
7、由于聚羧酸系高性能减水剂掺量小、减水率高，使用聚羧酸系高性能减水剂配制c45以上的各类高性能混凝土，可以大幅度降低工程成本，具有显著的技术经济效益；用于配制c45以下等级混凝土，虽然聚羧酸系高性能减水剂的成本偏高，但可以通过增加矿物掺合料用量，降低混凝土的综合成本，同样具有一定的技术经济效益。
四、作用机理
减水作用是表面活性剂对水泥水化过程所起的一种重要作用。减水剂是在不影响混凝土工作性的条件下，能使单位用水量减少；或在不改变单位用水量的条件下，可改善混凝土的工作性；或同时具有以上两种效果，又不显著改变含气量的外加剂。目前，所使用的混凝土减水剂都是表面活性剂，属于阴离子表面活性剂。
水泥与水搅拌后，产生水化反应，出现一些絮凝状结构，它包裹着很多拌和水，从而降低了新拌混凝土的和易性（又称工作性，主要是指新鲜混凝土在施工中，即在搅拌、运输、浇灌等过程中能保持均匀、密实而不发生分层离析现象的性能）。施工中为了保持所需的和易性，就必须相应增加拌和水量，由于水量的增加会使水泥石结构中形成过多的孔隙，从而严重影响硬化混凝土的物理力学性能，若能将这些包裹的水分释放出来，混凝土的用水量就可大大减少。在制备混凝土的过程中，掺入适量减水剂，就能很好地起到这样的作用。
混凝土中掺入减水剂后，减水剂的憎水基团定向吸附于水泥颗粒表面，而亲水基团指向水溶液，构成单分子或多分子层吸附膜。由于表面活性剂的定向吸附，使水泥胶粒表面带有相同符号的电荷，于是在同性相斥的作用下，不但能使水泥－水体系处于相对稳定的悬浮状态，而且，能使水泥在加水初期所形成的絮凝状结构分散解体，从而将絮凝结构内的水释放出来，达到减水的目的。减水剂加入后，不仅可以使新拌混凝土的和易性改善，而且由于混凝土中水灰比有较大幅度的下降，使水泥石内部孔隙体积明显减少，水泥石更为致密，混凝土的抗压强度显著提高。减水剂的加入，还对水泥的水化速度、凝结时间都有影响。这些性质在实用中都是很重要的。
五、包装
1、dh-4004型聚羧酸系高性能减水剂, 水剂采用桶装, 粉剂为塑桶装。
2、应置于阴凉干澡处储存，避免阳光直射。
3、有效保存期为12个月，超期经试验验证合格后仍可继续使用。
dh-4004型聚羧酸系高性能减水剂（液体）
六、应用中的几点理解误区
作为最新一代的高性能外加剂，聚羧酸减水剂的工程应用日益增加。从预制混凝土构件到现浇混凝土，从自密实混凝土、清水混凝土到需要快凝早强的特殊混凝土，从铁路、桥梁、水电等领域到市政、民建工程，聚羧酸减水剂正占有越来越大的市场份额。但毕竟聚羧酸减水剂工程应用的时间还较短，对其应用技术的基础研究还相对较少，应用者大多凭厂家的宣传、凭以往经验甚至凭感觉，其中难免有一些应用乃至理解上的误区。1、聚羧酸减水剂与水泥的适应性好
常见的对聚羧酸减水剂性能的描述是：减水率高、与水泥适应性非常好、混凝土和易性好、一小时坍落度无损失等。事实上，胶凝材料成分复杂多变，从吸附一分散机理看，任何外加剂都不可能适应所有情况，聚羧酸外加剂与水泥适应性好也是与萘系减水剂相对比较而言的。
混凝土工作性，总体上可分为流动性指标和稳定性指标。掺加聚羧酸减水剂的混凝土和易性比较好，在较高的掺量或较高用水量时也不会发生明显的离析、泌水，混凝土在模板中的沉降也较小，也就是说从稳定性指标来说，聚羧酸减水剂与水泥的适应性要明显好于萘系减水剂。但从流动性指标来说，并不尽然。
（1）聚羧酸减水剂的适应性与其掺量直接相关
我们都知道，萘系减水剂掺量较高的高标号混凝土流动性较好，坍落度损失较小；但中低标号混凝土往往流动性差，坍损也较大，而适当增加掺量是改善适应性的最有效措施。聚羧酸外加剂同样如此，笔者用北京地区常用的胶凝材料和骨料配制 c30 混凝土，外加剂用巴斯夫公司聚羧酸减水剂，结果发现：减水剂掺量(折固)在 0.13 ％ ~0.15 ％间时，混凝土都能获得较好的流动性，但坍落度损失普遍较大，不管复配哪种常用缓凝剂，加多大剂量，当减水剂掺量达到 0.16 ％后，大部分混凝土 1 小时后都能保持较好的流动性。
(2)与萘系减水剂适应性差的水泥一般与聚羧酸减水剂适应性也较差
一般说来，碱含量高、铝酸盐含量高或细度高的水泥需水量大。萘系减水剂的掺量较高，坍落度损失较大，同样，用聚羧酸减水剂也有相同的规律。某些掺加萘系减水剂有滞后泌水现象的水泥，改用聚羧酸减水剂同样会泌水，但程度稍轻。若水泥由于石膏原因存在非正常坍落度损失(混凝土在出机几分钟后即失去流动性)，用聚羧酸减水剂也不会有改观，只能同时补充硫酸根离子才能从根本上解决，这跟萘系减水剂是一致的。
(3)某一具体的聚羧酸产品的“适应面”不及萘系产品
萘系产品是由相同原材料在相同工艺条件下合成的结构性能相同的产品，聚羧酸减水剂是由不同种原材料在不同工艺条件下合成的具有相类似分子结构的一类产品。萘系产品的不同主要体现在原材料的品质和工艺条件的稳定性上，而聚羧酸产品的不同基于化学分子结构的不同。具体到应用上，萘系产品对不同情况的适应性更多表现在最佳掺量在一定范围内的波动或坍落度损失值的相对大小。对于某一具体聚羧酸产品，情况截然不同：如果该产品能适应混凝土材料，混凝土状态会很好，坍损也小；若不能适应混凝土材料，则结果就不是程度的不同了，而可能是完全失效，这时必须换用另一种类型的产品才能解决。事实上这样的情况经常发生，特别是用北方原材料，可能原因是水泥矿物、微量元素或助磨剂等。也就是说从“适应面”上说，某一特定的聚羧酸产品的适应性不及萘系产品。、聚羧酸减水剂太敏感，不易控制
一般而言，减水剂减水率越高，则在其有效掺量区间内拌和物流动度对掺量越敏感。因此，许多工程技术工作者凭直觉认为聚羧酸减水剂应用时太敏感，并以此强调计量、混凝土生产与控制的困难性。这样理解的前提是将减水剂折算成纯固体，看纯固体掺量的增加对混凝土流动性能的改善。举例来说：对普通标号的泵送混凝土，萘系减水剂掺量在 0.65 ％～ 0.85 ％的区间内能使混凝土的工作性能达到最佳，而聚羧酸减水剂(以巴斯夫公司产品为例)的掺量区间是 0.14 ％ ~0.18 ％。萘系减水剂的掺量变化范围是 0.2 ％左右，聚羧酸减水剂的掺量范围是 0.04 ％左右，从这个意义上说，羧酸减水剂确实比萘系减水剂敏感的多。
聚羧酸减水剂工艺 聚羧酸高效减水剂化学成分篇五
合成酚醛树脂工艺
一、酚醛树脂
酚醛树脂是由苯酚和甲醛在酸、碱触媒作用下合成的。由于工艺不同可以制成液体酚醛树脂和粉状酚醛树脂两种。
1、制造酚醛树脂的原材料
（1）苯酚
苯酚又称石炭酸，纯白无色针状晶体，在空气中可氧化成浅粉色。
分子式 c6h5oh分子量 94.11比重 1.0545g/cm3熔点40.8℃沸点 182℃
苯酚能溶于热水，溶于酒精，碱等。有弱酸性，易渗入皮肤，引起过敏现象。将2%左右的苯酚肥皂水溶液用于消毒，医用名称“来苏儿”。
表1 制造酚醛树脂用的苯酚的技术条件
名称苯酚（又名石炭酸）
分子式c6h5oh
外观有特殊气味的无色结晶，在空气中显粉红色
酸碱性呈弱酸性
含量要求苯酚含量96%
（2）甲醛
甲醛为无色气体，用于制造酚醛树脂的是甲醛的水溶液。
甲醛分子式hcho分子量30.03气体比重1.067 即比空气略重液体比重（-20℃）0.815熔点-92℃沸点-21℃
甲醛溶于水和酒精，40%的水溶液医学上称 “福尔马林”，做防腐剂使用。长期存放的甲醛易聚合沉淀出白色块状物，加入8-12%的甲醇（ch3oh）可防聚合。甲醛具有强烈的刺激性气味，能刺激眼睛和呼吸道粘膜，并引起皮肤过敏现象。甲醛的技术条件见表2 表2 甲醛的技术条件
名称甲醛（水溶液）
分子式hcho
分子量30.03
溶解性能溶于水，最大浓度可达50%
使用要求甲醛含量 >34%，沉淀物<1%
（3）催化剂
① 碱性催化剂 氢氧化钠、氢氧化钡、氢氧化铵等都可以做合成酚醛树脂的催化剂生成液体酚醛树脂。
磨料磨具行业用的液体酚醛树脂通常是用氢氧化铵作催化剂，因氢氧化铵属于弱碱性。对不耐碱地酚醛树脂影响不大。残留部分在硬化加热时大部分挥发掉了，所以用氢氧化铵作催化剂的酚醛树脂具有较高的强度，耐水性较好。氢氧化钡也是较好的催化剂；而氢氧化钠是一种强碱，残留在磨具的结合剂中对磨具有破坏作用，因此在磨具制造中很少使用氢氧化钠作催化剂的酚醛树脂。
苯酚与甲醛生成树脂的反应速度随催化剂的用量增多而加快，但是反应太快则不易控制，通常氢氧化铵的水溶液用量为苯酚的3-6%。
作为催化剂的氢氧化铵含量不小于17%，比重为0.88-0.92 g/cm3。
②酸性催化剂 生产粉状的酚醛树脂通常使用盐酸作催化剂。盐酸是氯化氢的水溶液。工业盐酸的氯化氢含量为25-40%，比重为1.12-1.20。用量以苯酚为100%计，盐酸加入量，以纯hcl计为0.1-0.3%。残留在树脂中的盐酸在硬化加热过程中几乎全部挥发掉，对树脂
性能没有明显影响。
2、液体酚醛树脂的生产工艺
（1）生产液体酚醛树脂时甲醛的加入量要比正常的需要量略多一些，甲醛量多一些树脂的生产速度快，产量高，游离酚减少。通常取苯酚与甲醛的克分子比为：6 ：7；催化剂氨水加入量为苯酚加入量的4%，（氨水中氢氧化铵含量按25%计时）。当混合物料加热到85℃左右时，可停止加热，物料以缩聚反应放出的热量自行升温到98℃左右，并开始沸腾，当反应过于激烈时应通水冷却。
（2）液体酚醛树脂的生产工艺流程，见图1
氨水
苯酚
甲醛
加热熔化
反应釜
加热缩聚
脱水
液体树脂
图1 液体酚醛树脂生产工艺流程
树脂合成后采用真空脱水，水分和挥发分脱除的比较干净，过多的水分和挥发分残留在树脂中在磨具硬化时易发泡。酚醛树脂生产设备示意图见图2。
图2 酚醛树脂生产装置示意图
1-反应釜； 2-反应釜夹套；3-进料口；4-电机、减速器；5-温度计；6-锚式搅拌器；7-出料口；8-冷凝器；9-放空阀；10-脱水缸；11-真空泵
（3）液体酚醛树脂的性质 液体酚醛树脂常温下是棕红色粘稠液体，有刺激性气味。比重1.15-1.2。能溶于乙醇、丙酮、糠醛等溶剂中。树脂中游离酚含量为10-18%。
液体酚醛树脂在100℃的温度下保持2个小时仍有流动性，属甲阶，称a型，a型的特点是能溶于酒精中。
在120℃保持2小时则失去流动性，变为乙阶、称b型。b型树脂的特点是不溶于酒精，但略有膨胀，成弹性体。在130℃以上保持2个小时则成坚硬的固体，属丙阶，称c型。c型树脂的特点是不溶于酒精，不变形；加热不溶化；加热到230℃以上则炭化。
（4）液体酚醛树脂的性质对磨具性能的影响
① 树脂粘度 液体树脂的粘度和温度和固体含量有关，固体含量高、温度低则粘度高，反之则粘度低。作为粉状酚醛树脂润湿剂使用时，低粘度的溶解能力较强，生产的磨具机械强度较高；树脂的粘度用落球法或杯流法测定。作为粉状润湿剂使用的液体酚醛树脂的粘度一般用杯流法测定，数值在40-400秒之间。
② 游离酚的影响 液体酚醛树脂中有一部分没有参加反应的苯酚，称为游离酚。游离酚在做为润湿剂的树脂中应控制在28%以下。虽然游离酚的这个数值较高，但因为苯酚可以溶解粉状树脂，使型料有较好的可塑性，有利于树脂对磨粒的粘结，可以提高磨具的强度。
③ 固体含量 将重量为w1（约5-10克）的树脂在150℃-180℃的温度下加热1小时的剩余量w2，按式（1），（2）计算出x称固含量，y为聚合损耗。
（1）（2）
x ——固体含量y ——聚合损耗w1——加热前树脂量w2——加热后树脂量
对于用粉状树脂生产磨具，作为润湿剂的液体酚醛树脂只占树脂总量的1/3左右，而且也可以和粉状树脂的数量互换，因液体量大时对磨料润湿好，对粉状树脂的溶解增强，所以虽然液体树脂的固体含量较低，但液体酚醛树脂用量增加并不降低磨具的强度和硬度。作为
润湿剂的酚醛树脂其固体含量要求大于65%，聚合损耗小于35%。
3、粉状酚醛树脂的生产工艺
（1）粉状酚醛树脂生产中苯酚与甲醛的比例与液体树脂生产中甲醛过量相反而是苯酚过量，苯酚与甲醛的克分子比为7 ：6，催化剂使用盐酸，约0.2%左右，其工艺流程与生产液体酚醛树脂大致相同。产品冷却后成淡黄色半透明固体块状，经粉碎过筛后成粉状。
（2）粉状酚醛树脂是热塑性树脂，制造磨具时需要加入硬化剂使之转变成热固性的树脂。常用的硬化剂是乌洛托品，亦称六次甲基四胺。乌洛托品由甲醛和氨制成，为白色结晶粉末，比重为1.27（25℃），溶于水和酒精。分子式（ch2）6n4。加入量为树脂的6-10%。可以在树脂粉碎时加入，也可以在使用前加入。乌洛托品加入量太少不足以使树脂硬化，加入量太大增加挥发物排出量，也会降低磨具的强度和硬度。以8%左右为宜。
（3）粉状树脂的软化点，软化点实际上反映了树脂的的聚合程度，聚合程度高则软化点高，反之亦然。软化点低的树脂粉碎时发粘，放置时易结块。混合的型料也易结块。软化点过高虽然型料比较松散。但是成型压合性差，也影响磨具强度。一般要求粉状树脂软化点在85-115℃之间，以90-105℃为宜。但是随冬夏季节气温的变化应将软化点略加调整，气温低时软化点也低些，气温高时软化点也高些。
（4）粉状酚醛树脂的游离酚含量通常在5.5%左右。
（5）粉状酚醛树脂的粒度 粉状酚醛树脂要与硬化剂混合，过粗的程度不利于相互接触，所以粉状树脂的粒度组成要求240#以细的粒度大于80%，100#筛余小于3%。
新酚树脂（xylok）
新酚树脂是由对苯二甲醇或对苯二甲醚与苯酚在催化剂作用下缩聚而成。为红褐色固体，比重1.6-1.7，软化点65℃-105℃，能溶于乙醇、丙酮等有机溶剂。
（1）新酚树脂的特点 新酚树脂粘结力强，化学稳定性好，耐热性能高，硬化时收缩小，制品尺寸稳定。粘结强度比酚醛树脂提高20%以上，耐热性提高10℃-20℃。新酚树脂制品可在250℃以下长期使用，制品耐湿耐碱。
（2）新酚树脂的硬化 乌洛托品可作新酚树脂的硬化剂，加入6-10%的乌洛托品在160℃-180℃的温度下可固化成不溶不熔的固体。用乌洛托品固化的制品耐热性较好。
（3）新酚树脂的应用 新酚树脂与酚醛树脂按1 ：3混合使用不仅提高了酚醛树脂的强度，还提高了耐热性和磨削比。在生产工艺上使用热压较冷压制品强度高出约5%-30%，磨削效果也有提高。目前新酚树脂主要用于重负荷荒磨砂轮和金刚石砂轮。
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