聚羧酸减水剂的常温合成及其粘土敏感性研究

发布时间：2020-09-19 16:20

　　聚羧酸减水剂具有减水率高、保坍性好和分子结构可设计性强等优点,近年来得到了快速的发展,广泛应用于各种混凝土。因其合成工艺简单、绿色和生产周期短等特点,吸引了国内许多生产厂商加入,低水平同质化竞争愈加激烈。另外,实际工程应用中发现砂石中的粘土严重抑制聚羧酸减水剂的性能,严重影响混凝土的质量,也制约着聚羧酸减水剂的进一步推广应用。为降低反应温度节约生产成本,本文探索了丙烯酸(AA)和三种聚合反应活性较高的大单体(4-羟丁基聚乙二醇乙烯基醚VPEG、异戊烯醇聚乙二醇醚TPEG、甲基烯丙醇聚乙二醇醚HPEG)在常温下合成聚羧酸减水剂的工艺及影响因素。发现H_2O_2-Vc氧化还原引发体系较适于聚羧酸的常温聚合引发;引发剂用量对产物结构和性能影响最大,其次是酸醚比和反应物浓度,反应温度对产物性能影响最小。随引发剂用量和反应温度增大、随酸醚比降低,产物特性粘度降低,对水泥的分散性先增后减;随反应物浓度增大产物特性粘度和水泥分散性均是先增后减。聚羧酸减水剂对水泥净浆的分散性能与分子量成正比。三种大单体在常温下制备聚羧酸减水剂的优化工艺为:n(AA):n(VPEG)=2.5:1,反应温度30℃,反应物浓度60 wt.%,H_2O_2用量10.0 mol%,AA和Vc滴加时间1.5 h,继续反应时间1.5 h;或n(AA):n(TPEG)=3.0:1,反应温度35℃,反应物浓度35%,H_2O_2用量10.0%;或n(AA):n(HPEG)=3.0:1,反应温度35℃,反应物浓度40%,H_2O_2用量7.5%。三种优化工艺产品均具良好水泥分散性。相比于TPEG和HPEG,VPEG用于聚羧酸合成时所需丙烯酸少,反应温度低、反应时间短,产物固含量高且分散性能略优,具有成本优势。粘土对聚羧酸产生抑制作用的主要原因是其吸附了大部分本应吸附分散水泥颗粒的聚羧酸分子。本文尝试通过在聚羧酸主链接枝电负性更强的阴离子基团加强其在水泥上的吸附,而减少在粘土上吸附,从而降低聚羧酸减水剂的粘土敏感性。结果发现接枝少量阴离子功能单体2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)可提高产品分散性,但抗泥性下降;接枝较大量AMPS时产品分散性降低,但表现出一定的抗泥效果。这可能与接枝2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)后聚羧酸在蒙脱土上的吸附虽略有增强,但在水泥上的吸附显著增强有关。接枝甲基丙烯酸-2-羟乙基酯磷酸酯(HEMAP)则明显使产品的分散性能和抗泥性变差。通过超滤或改变引发剂用量的方式获得了不同分子量的聚羧酸减水剂,发现分子量大的聚羧酸减水剂不仅具有更好的分散性能,而且具有较低粘土的敏感性。吸附研究也表明聚羧酸减水剂在水泥上的吸附量随分子量增大而增加,在蒙脱土上的吸附量随分子量增大而降低。论文还研究了聚羧酸减水剂的侧链结构对其粘土敏感性的可能影响。发现PEG在蒙脱土上的吸附量很大,不同分子量PEG在蒙脱土上的吸附量随PEG分子量的增大而减小,且同等分子量的聚乙二醇单甲醚(mPEG)较PEG的吸附量低,这表明分子量小和亲水性强的聚醚侧链可能会降低聚羧酸的抗泥性能。本文探究聚羧酸减水剂的常温合成工艺,以及聚羧酸减水剂的阴离子组成、分子量和侧链结构对粘土敏感性的影响,研究成果将为合成抗泥型聚羧酸减水剂提供理论指导。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TU528.042.2
【部分图文】：

示意图,聚羧酸减水剂,插层,蒙脱土

第一章绪论的粘土和淤泥具有很强的敏感性，导致聚羧酸减水剂的性能大大降低甚至完全无已经发现蒙脱土比其他粘土矿物例如高岭土和伊利石等更有害[49,89]。在水泥孔，粘土颗粒的表面由于钙离子吸附到带负电的铝硅酸盐片层上而变成带正电荷[90]些表面上，带负电的减水剂分子被吸附，从而导致部分减水剂分子在孔隙液中被消时粘土与水泥颗粒形成对减水剂分子的竞争吸附。此外，PEO 侧链很容易嵌入粘硅酸盐层之间，从而形成有机-矿物相[91]，研究者通过 XRD 证明聚乙二醇进入了间结构[85]。因此，聚羧酸减水剂可以通过表面吸附和插层吸附两种方式被粘土消

乌氏粘度计

图 2-1 乌氏粘度计ig. 2-1 Ubbelohde viscom置成稀溶液，置于 2离子水润洗三遍后从液面浸没小球，恒温待测液垂直流下，记差不超过 0.2 s，取平重复步骤（2），用待ηs

【参考文献】