聚羧酸系减水剂合成路线

聚羧酸系减水剂合成路线

1 从减水剂的作用机理看其分子结构

从减水剂的作用机理看其分子结构对于萘系高效减水剂一般用Zeta电位表征分散作用的大小。通常,Zeta电位值越大,水泥胶粒间的静电斥力越大,分散作用越显著。而对于聚羧酸系高效减水剂,其Zeta电位值较低(仅为-10~-15mV),但同样具有优异的分散性。利用Zeta电位已经无法解释。目前公认的“空间位阻学说”能够解释聚羧酸系减水剂的机理。通常认为聚羧酸系减水剂的减水效果关键是大分子链上的阴离子产生的阴离子效应和中性聚氧乙烯长侧链的空间阻碍作用。从文献看目前合成聚羧酸系减水剂所选的单体主要有3种:(1)不饱和酸——马来酸酐、马来酸和丙烯酸甲基丙烯酸;(2)不饱和烯的衍生物——甲基丙烯磺酸钠、乙烯基磺酸钠、2-丙烯酰胺-2甲基丙基磺酸钠、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸β羟基乙酯、丙烯酰胺等;(3)不同分子量的聚乙二醇、聚乙二醇单甲醚。

2合成方法的讨论

高性能减水剂的分子结构设计趋向是在分子主链或侧链上引入强极性基团羧基、磺酸基、聚氧化乙烯基等,通过调节极性基与非极性基比例和聚合物分子量增大减水性;调节聚氧乙烯长侧链的分子量,增加立体位阻作用而提高分散性保持性能。目前如何接枝聚氧乙烯长侧链已经成为这类减水剂合成的核心问题。

2.1先酯化后聚合

“先酯化后聚合”即合成分为2步:第1步酯化反应,目前最主要是(甲基)丙烯酸或甲基丙烯酸甲酯与不同分子量的聚乙二醇在催化剂的条件生成聚乙二醇单(甲基)丙烯酸酯;第2步高分子聚合反应,主要是聚乙二醇单(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸、2-丙烯酰胺-2甲基丙基磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠、乙烯基磺酸钠、甲基丙烯酸甲酯等单体自由基聚合,形成共聚物,即聚羧酸系减水剂。

2.2先聚合后酯化

“先聚合后酯化”即合成分为2步:第1步高分子聚合反应:主要是(甲基)丙烯酸、2-丙烯酰胺-2甲基丙基磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠、乙烯基磺酸钠、甲基丙烯酸甲酯等单体自由基聚合生成含有活性基团的高分子主链;第2步接枝聚乙氧基侧链:利用已经合成的高分子主链上的COOH与聚乙二醇的OH酯化脱水接枝聚乙二醇侧链,合成聚羧酸系减水剂。

2.3合成方法结论

总之,分子结构决定其性能,无论那种方法,最终都要合成分子主链或侧链上含有强极性的羧基、磺酸基、聚氧化乙烯基等活性基团的梳状共聚物.第二种方法在国内研究的较少,其难度较大,反应条件难以确定。对于第1步聚合反应,难度相对较小,但必须选择合适的聚合单体,接枝活性基团,调节活性基团的比例以优化其性能。同时必须控制分子量,分子量过大,导致下一步酯化困难,聚乙二醇侧链接枝率较低,有可能形成不溶物;分子量较小酯化反应可能生成双酯,减水剂结构被破坏。所以我们选择第一种方法先脂化后共聚.

2.4脂化大单体分子设计甲基丙烯酸(MAA)与甲氧基聚乙二醇(MPEG)反应生成水是一个可逆反应,因此在反应过程中应加入适当的催化剂，升高温度提高反应效率，缩短反\应时间，同时，排除水还有利于平衡向正反应方向进行。另外，甲基丙烯酸(MAA )活性较高，极易自聚，因此要选择适当的阻聚剂.

2.5减水剂合成分子设计分析减水剂分子结构对性能的重要影响，高性能化减水剂的分子结构设计趋向是在分子主链或侧链上引入强极性基团如梭基、磺酸基、聚氧化乙烯基等，使其分子结构呈梳型。侧链上的梭基(一COOH)主要显示高保塑性，磺酸基(S03一)主要显示高减水性，一OH及醚键等非主导官能团主要显示保塑性，因此，我们可以通过在其主链或侧链上引入具有特定功能的官能团，以实现聚竣酸系高效减水剂的多功能化。