聚羧酸系减水剂的合成及性能研究

2023-02-21

1 聚羧酸系减水剂的合成

1.1 试验仪器与合成原材料

试验所用仪器有四口烧瓶、冷凝回流管、恒温磁力搅拌器、氮气瓶、温度计。

合成用原材料有甲基丙烯酸 (化学纯) 、自制聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、过硫酸铵 (化学纯) 、去离子水、甲基丙烯酰基磺酸钠 (化学纯) 。

1.2 合成方法

聚羧酸系减水剂的合成采用的是水溶液聚合法, 具体过程为先将甲基丙烯酸与酯化大单体聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯进行混合, 根据浓度要求调配成需要的水溶液, 再把引发剂调配成所需规格的水溶液, 然后把甲基丙烯酰基磺酸钠与适量蒸馏水相融合, 溶解后将其倒入四口烧瓶内, 再通入氮气, 启动搅拌器。等到溶液温度升高到85℃之后, 分别滴加引发剂水溶液与单体混合水溶液, 保持匀速滴加并在2—3小时内完成。随后保持恒温状态, 每1小时对体系中没有发生反应的双键含量进行测试, 如果未出现明显变化, 则表示反应过程结束。将反应物冷却恢复室温, 使用适当浓度的氢氧化钠溶液将反应物的PH值调和到7左右, 最终得到的物质就是聚羧酸系减水剂。

2 聚羧酸系减水剂的性能研究

2.1 反应浓度对聚羧酸系减水剂性能的影响

聚合反应过程中溶液的浓度会对减水剂相对分子质量与分子结构、单体转化率产生重要的影响。而反应浓度则会对聚合产物的最终聚合度、聚合反应速率产生巨大影响, 由于反应浓度与引发剂浓度及单体浓度之间存在直接关系, 在单体浓度提高的同时, 聚合度与聚合反应速率也会相应提高, 且减水剂动力学链长同单体浓度分子之间呈正相关关系, 同引发剂浓度平方根呈负相关关系;如果聚合反应浓度过高, 那么减水剂的相对分子质量就会过大, 造成反应的控制难度增加, 如果浓度过低, 则会造成单体转化率的减低。

2.2 加料方式对聚羧酸系减水剂性能的影响

该处主要对共聚单体溶液与引发剂溶液一次性投入法、共聚单体溶液与引发剂溶液分别滴加、共聚单体溶液与引发剂溶液混合滴加这三种加料方式对聚羧酸系减水剂性能所产生影响进行比较。不同加料方式, 对减水剂分散性与未反应双键含量造成的影响如图1, 2所示。

由图1, 2分析可知, 共聚单体溶液与引发剂溶液一次性投入法的未反应双键含量最大, 该加料方式所制出的聚羧酸系减水剂所具有的分散性最差, 而共聚单体溶液与引发剂溶液分别滴加的未反应双键含量最大, 该加料方式所制出的聚羧酸系减水剂所具有的分散性最好。出现该结果的原因在于如果共聚单体溶液与引发剂溶液一次性投入, 那么活性相对比较大的甲基丙烯酸受引发剂的影响会在较短时间内发生自聚反应, 但是活性相对比较小的大单体则会残留于反应体系当中, 聚羧酸系减水剂分子结构中存在的官能团比例同原料之间的配比出现严重偏离, 并且相对分子质量的具体分布也相对不集中;此外, 引发剂浓度对单体分子质量与反应速率形成的影响比较大, 在引发剂一次性加入的情况下, 自由基浓度超过正常标准, 造成反应速率增加, 减水剂相对分子质量低于正常水平, 当反应至后期时, 体系中自由基浓度会相对降低, 从而无法发生单体聚合。但是连续滴加引发剂则能在反应过程中保持恒定的反应剂浓度, 使减水剂相对分子质量能够均匀分布。