聚羧酸系高性能减水剂合成工艺

聚羧酸系高性能减水剂合成工艺简介

一、引言

一般认为，减水剂的发展分为三个阶段：以木质素磺酸钙为代表的第一代普通减水剂阶段；以萘系为代表的第二代高效减水剂阶段；以聚羧酸系为代表的第三代高性能减水剂阶段。与传统的减水剂相比，聚羧酸系高性能减水剂有很多特点：1.在合成工艺上，聚羧酸系高性能减水剂采用不饱和单体共聚合成而不是传统减水剂使用的缩聚合成，因此该类减水剂的合成原料非常之多，通常有聚乙二醇、（甲基）丙烯酸、烯丙醇聚氧乙烯醚等。2.在分子结构上，聚羧酸系高性能减水剂的分子结构是线形梳状结构，而不是传统减水剂单一的线形结构。该类减水剂主链上聚合有多种不同的活性基团，如羧酸基团（—COOH）、羟基基团（—OH）、磺酸基（—SO3Na）等，可以产生静电斥力效应；其侧链带有亲水性的非极性活性基团，具有较高的空间位阻效应。由于其广泛的原料来源，独特的分子结构，故而具有前两代减水剂不可比拟的优点，加上在合成过程中不使用甲醛，属绿色环保产品，因此，已成为混凝土外加剂研究领域的重点和热点之一。

但是，也许是涉及技术秘密，目前该领域的研究成果报道较少，尤其是聚羧酸系高性能减水剂的合成工艺。因此，本文在此予以简介之。

二、聚羧酸系高性能减水剂合成工艺简介。

聚羧酸系高性能减水剂目前主要存在聚酯类和聚醚类两大主流产品。聚酯类：包括酯化和聚合两个过程。聚醚类：只有聚合一个过程。

(一)、聚酯类聚羧酸系高性能减水剂合成工艺。

1、合成工艺简图

冷凝器去离子水

↓↓

聚乙二醇过硫酸铵↓

→→→→→→酯化→→→→→计量槽→→聚合中和成

甲基丙烯酸→→→→

→→→→→→反应→→→→→计量槽→→反应反应品

↑↑

↑↑

去离子水氢氧化钠

2、反应过程如下：

（1）、酯化反应（制备大单体）：计量聚乙二醇1200料3960kg，将其在水浴中溶化，加入反应釜内，同时加入甲基丙烯酸1140kg，以及小料1份（对苯二酚：5.28kg、吩噻嗪：1.06kg），升温至90℃，加入浓硫酸69.3kg，继续升温至120℃，保持4.5小时，后充氮气2小时，（6㎡／时，每30分钟充1瓶，共4瓶），反应完成，得到减水剂中间大分子单体聚乙二醇单甲基丙烯酸酯和水。（经减压蒸馏脱水，酸化反应更为完全）。

（2）、聚合反应：采用过硫酸铵引发、水溶液聚合法。计量酯化产物即聚乙二醇单甲基丙烯酸酯1545kg，丙烯酸77.3kg，分子量调节剂十二烷基硫醇21.3kg，配以130 kg去离子水，泵入滴定罐A备用，是为A料。计量过硫酸铵34.5kg，配以950kg去离子水，泵入滴定罐B备用，是为B料。加去离子水1425kg入釜，升温至85℃，同时滴定A、B料。A料3小时滴定完，B料3.5小时滴定完，保温1.5小时。（温度控制：90±2℃）。

（3）、中和反应，将反应好的聚合物降温至50℃以下，边搅拌边加入片碱100kg，调节PH值6—7，反应完成，得到含固量为30%的聚酯类聚羧酸系高性能减水剂成品。

(二)、聚醚类聚羧酸系高性能减水剂合成工艺

（1）、合成工艺简图：

聚合反应→→中和反应→→成品

（2）、反应过程如下：

①、聚合反应：计量维生素C：2.975kg，疏基乙酸：4.375kg，配以580kg去离子水，泵入滴定罐A备用，是为A料。计量丙烯酸175.5kg，配以44kg去离子水，泵入滴定罐B 备用，是为B料。往反应釜内加入去离子水930kg，烯丙醇聚氧乙烯醚1800kg，由室温升至55℃，加入双氧水6.2kg(配114kg去离子水)，同时滴定A、B料，B料3小时滴定完，A 料3.5小时滴定完，保温1小时。（温度控制60±2℃）。

②、中和反应：将聚合物降温至50℃以下，边搅拌边加入片碱67.5kg，调节PH值6—7，反应完成。继加去离子水1100kg，得到含固量为40%的聚醚类聚羧酸系高性能减水剂成品。

三、几点补充

1、在聚酯类聚羧酸系高性能减水剂的合成中，减水剂中间大分子单体聚乙二醇单甲基丙烯酸酯的合成是决定减水剂性能的关键因素。因此，我们应该通过对不同分子量的聚乙二醇与甲基丙烯酸在不同摩尔比，不同反应温度、不同阻聚剂掺量、不同催化剂掺量、不同反应时间等试验条件下的研究，确定最佳的酯化工艺，达到95%以上的酯化率。

2、通过对不同引发剂掺量、不同分子量调节剂掺量、不同反应温度、不同反应时间等试验条件下的研究，确定最佳的聚合工艺。

3、关于PH值控制。PH值在6—7范围内较好：当PH值低于4时，聚合物浑浊，其净浆流动度、混凝土坍落度全无；当PH值高于9时，其净浆流动度、混凝土坍落度开始下降。

四、结束语

聚羧酸系高性能减水剂的研发，应用是混凝土外加剂发展史上的一个里程碑。由于其分子结构可调性比较大，我们应该通过改变分子结构中官能团的种类和数量赋予其更高的性能。如低温早期强度型、高坍落度保持型、抗收缩型、低粘型等等。无疑，聚羧酸系高性能减水剂将成为混凝土外加剂技术的发展方向，其市场亦将面临一个极大的发展机遇。