浅谈聚羧酸高性能减水剂的合成及复配技术综述论文

浅谈聚羧酸高性能减水剂的合成及复配技术综述论文

聚羧酸高性能减水剂是应用于水泥混凝土中的一种水泥分散剂，早期开发的产品是以主链为甲基丙烯酸，侧链为羧酸基团和

MPEG(Methoxy polyethylene glycol)的聚酯型结构，目前多为主链

为聚合丙烯酸和侧链为聚醚 Allyl alcoholpolyethylene glycol 的聚醚型结构，聚羧酸减水剂是具有一定长度和数量的亲水性长侧链及带有多样性强极性活性基团主链组成的特殊分子结构表面活性剂。

聚羧酸减水剂产品在润湿环境下，其多个侧链支撑的向外伸展

的梳齿结构为水泥粒子的进一步分散提供了充分的空间排列效应，能使水泥分散能力和保持的时间区别于其他类型的减水剂，从而满足混凝土施工流动性及其保持时间。聚羧酸减水剂的结构多样化使得此类产品的开发和发展更具有意义，工程师可以通过合成技术的“分子设计”方法，改变聚羧酸高效减水剂的梳形结构、主链组成，适当变化侧链的密度与长度，在主链上引入改性基团调整或改变分子结构，而获得适用于不同需求的聚羧酸产品，实现产品的功能化和更佳的适应性。

聚羧酸减水剂产品除了母液合成技术中“分子设计”方法外，

也通过添加缓凝剂、引气剂、消泡剂、增稠剂、抗泥剂等小料的方法，使其适应不同季节、不同材料和配合比的混凝土施工需要，最终获得性能优异的复合型高效减水剂。对于大中型的聚羧酸厂家，从聚羧酸

合成技术入手研制混凝土所需要的优质聚羧酸减水剂、获得不同类型的功能型母液是必须的选择，对于复配为主的聚羧酸减水剂应用型小厂，应该能够掌握母液间的复配及辅助小料的物理性复配，由母液特点和小料的物理性复配来解决技术问题。

聚羧酸减水剂产品于 xx 年前后陆续投放市场之后，经历了早期的 APEG 聚醚类、酯类产品到甲基烯基聚醚的更新，目前，APEG 聚醚类、酯类产品几乎已退出了市场。而聚醚产品按照设计产品的官能团种类和数量、侧链基团-(CH2CH2O)n-R的长短、极性与非极性基团的比例、单体的投料比及引发剂用量，已扩展到了多种衍生封端基团聚氧化烯醚类品种。

1.1 聚醚大单体的合成

1.2 新型聚醚类聚羧酸减水剂合成工艺

(1)采用自由基引发体系共聚：将适量的聚醚单体、水、烯基磺酸盐等按照一定比例放入三口烧瓶，边加热、边搅拌使之溶解均匀，调节至所需温度(一般60～75℃)，控制温度，在1～2h内均匀滴加活性丙烯酸单体、分子调节剂、引发剂等原料，然后恒温水浴锅中保温，至聚合反应完成并匀化，降温中和，加水调节物料至设计浓度。

(2)采用适当温度下的氧化还原体系共聚：取适量的聚醚单体、水等按照一定比例放入三口烧瓶，调节温度40～50℃(或者50～60℃)加入氧化剂，在 2～4h 内以先慢后快的方式分别滴加烯酸、还原剂、分子调节剂等预处理物料，然后在恒温水浴锅中保温1h左右至聚合反应完成并匀化，降温中和成并调节物料至设计浓度。

(3)常温(低温)生产方法，其主要是通过调节更强反应性的氧化还原引发体系，获得低温下(5～40℃)激发分子间的共聚合反应，由于反应性相对较强，需要从产品含固量、滴加速率、温度控制、滴加时间等方面注意体系聚合的程度和产物的性能[1]，低温技术不仅节省能耗，更使得生产方法简化，生产效率提高。但市场上所谓“一锅煮”的傻瓜方法基本上属于懒惰思维，不值得推广。

聚醚单体聚羧酸减水剂在合成过程中，应根据所要达到的目的进行相应的设计，为此可以变化的因素包括：

1)选择异戊烯醇、甲基烯丙醇封端基团的聚醚，获得性能不同的聚醚产品，其性能上的最大区别就是保坍性的优劣，但一般保坍性的提高可能会对减水率有所影响，二者较难完美兼得。

3)采用多样性的官能团辅助主链设计：常用主链官能团包括：丙烯酸、烯丙基磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙

磺酸、马来酸酐、富马酸、丙烯酰胺等，有时也引进一些活性功能性小单体。一些具有缓释功能的丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯等带活性基团的酯类原料或某些极性基团参与反应，可以获得优异保坍性的产品。

4)采用不同的生产工艺，比如调节反应温度、改变引发反应体系、调节合成过程中反应物浓度或加料速率都是比较凑效的合成设计方法。

5)采用不同的侧链或者长链的分子密度，提高或者减少聚醚单体的占比，采用不同的聚醚、烯酸摩尔比来充分实现其侧链效应的发挥，并以此调节所需的分散性、对水泥粒子的分散保持能力等。

通过以上调节分子结构的合成技术进行设计可以满足不同性质的母液产品品种。

聚羧酸减水剂产品是变化多样的，除了有结构分类外，还可以通过选择或调整小单体的种类、摩尔比，以及改变反应条件、引发体系，或进行相对分子质量控制，得到细分的功能性减水剂。

特征大单体的合成质量是聚羧酸产品的合成质量决定因素。甲代烯丙基聚醚及异戊烯醇聚醚产品活性较高，其双键保留率可达到

95% 以上，很容易通过氧化还原反应合成工艺制造出所需要的高性能减水剂，一定程度上简化了分子结构设计的难度，也为聚羧酸减水剂的高质量提供了保证。其减水剂合成时多采用氧化还原体系引发，常用的有双氧水-抗坏血酸、过硫酸铵-亚硫酸氢钠、过硫酸铵-抗坏血酸、过硫酸铵-甲醛合次硫酸钠等(一般是先加稍微过量的氧化剂，再跟随滴加还原剂)，还可以通过过硫酸铵等类型的自由基加热引发完成。

聚羧酸侧链的位阻效应以及通过多种极性基团如羧基(—COOH)，羟基(—OH)、磺酸基(—SO3)、酯基等通过吸附、分散、润湿作用，

对水泥颗粒提供了较好的分散和流动性能。通过对不同的聚醚单体，引发剂掺量、分子量调节剂掺量、反应温度、反应时间等试验条件下的研究，确定最佳的聚合工艺。

目前，聚羧酸减水剂产品合成具体方法多是利用 GPEG或者TPEG 聚醚大单体与丙烯酸等小单体在抗坏血酸-双氧水等氧化还原

引发下进行共聚合反应，加热温度为 60℃左右(或低温完成)。产品可系列化，包括高减水剂、保坍减水剂、减水保坍剂、保坍剂等，以满足不同原材及季节条件的混凝土施工。