聚羧酸减水剂生产工艺的研究

聚羧酸减水剂生产工艺的研究

潘洪良

浙江汇翔新材料科技股份有限公司  浙江绍兴   312300

摘要：随着混凝土技术在现代的快速的发展，混凝土的各种指标也不断提高，因而对混凝土外加剂的需求量和性能要求也越来越高。聚羧酸减水剂作为常用的重要的混凝土外加剂，可提高混凝土的强度和改善其耐久性。

关键词：聚羧酸、减水剂、合成、坍落度

1、概述

减水剂，可保持水泥净浆、砂浆和混凝土工作度不变而显著减少其拌和用水量的外加剂，能显著提高混凝土强度，改善混凝土的抗冻性，抗渗性或减少水泥用量。目前市场上常用的几种减水剂为：木质素磺酸钠盐减水剂，萘系高效减水剂，脂肪族高效减水剂，氨基高效减水剂，聚羧酸高性能减水剂等。聚羧酸系高性能减水剂是目前世界上最前沿、科技含量最高、应用前景最好、综合性能最优的一种混凝土超塑化剂(减水剂)。

目前大多数聚羧酸系减水剂由甲氧基聚乙二醇酯化合成大单体与其他单体共聚而成，其酯化过程中的带水剂通常采用苯或甲苯，而苯或甲苯蒸气是有毒物质。同时，在减水剂制备时，对于其中各种成分的添加控量十分重要，良好的成品重量需要对原料的精确把控，现有的减水剂生产在添加原料时通常采用人工添加的方式，人工操作无法对减水剂的添加量及添加速度做控制，在不注意情况下极易造成添加过量等问题，对成品减水剂质量产生一定影响，同时还使减水剂生产的成本增加。

2、聚羧酸减水剂的优点

保坍性好。依据分散水泥作用机理设计有效的分子结构，能防止混凝土坍落度损失而不引起明显缓凝，且对硬化时间影响不大，采用一些品质较好的水泥品种时，2h坍落度基本不损失。

掺量低、减水率高,减水率可高达45%。

分子结构上自由度大，可以通过调节分子结构，制备具有特殊性能和用途的超减水剂。

环境友好。聚羧酸减水剂在合成生产过程中不使用甲醛和其他任何有害原材料，生产和使用过程中对人体无健康危害，对环境不造成任何污染。

3、作用机理

混凝土中加入聚羧酸减水剂后，由于聚羧酸减水剂分子能定向吸附于水泥颗粒的表面，使水泥颗粒表面带上同一种电荷（一般为负电荷），形成静电排斥作用，使水泥颗粒相互分散，破坏凝絮结构，释放出被包裹的水，参与流动，有效地增加了混凝土拌合物的流动性。

聚羧酸减水剂吸附膜与水分子形成稳定的溶剂化水膜，其润滑效果可以降低水泥颗粒间的滑动阻力。亲水性支链在水泥颗粒表面形成一定厚度的亲水性立体吸附层，可产生空间位阻作用，使混凝土的坍落度保持良好。

4、聚羧酸减水剂生产工艺

聚羧酸减水剂的生产工艺，包括以下步骤：

3.1溶化：在常温状态下，往反应箱内加入占总溶液总比重20％-50%的聚醚，后加入占总溶液总比重30%-71.7％的水进行溶解；

3.2自由基聚合：往进行溶解后的溶液内滴加占总溶液总比重3％-7.5%的丙烯酸，滴加完毕后开始滴加占总溶液总比重0.3％的巯基乙酸；

3.3接枝反应：对经过自由基聚合的溶液进行加热直到80-85摄氏度，开始滴加一个半小时的混合物，混合物由占总溶液总比重0.5％过硫酸铵和占总溶液总比重4.5％-10.5%水混合而成；

3.4保温：将经过接枝反应中的溶液在80摄氏度下，保温一个半小时至两个小时；

3.5复配：将经过保温的半成品溶液降温至50摄氏度后，打入复配池，加入一定量的添加剂(根据不同的实际生产需要，需要添加的添加剂种类不同，剂量也不同，同一种添加剂根据客户的要求或季节不同掺量也是变化很大，如：缓凝型的添加剂掺量越大对混凝土的凝结时间就越长，葡萄糖酸钠就是其中的一种缓凝剂，若需延长混凝土的凝结时间，可以将经过保温的半成品溶液降温至50摄氏度后，打入复配池，加入葡萄糖酸钠以延长混凝土的凝结时间。引气剂是提高混凝土耐久性的，同时具有保水作用，可提高混凝土的泵送性能，若需提高混凝土耐久性和泵送性能，可以将经过保温的半成品溶液降温至50摄氏度后，打入复配池，加入引气剂，引气剂的掺量一般占成品0.5％左右，在混凝土中的引气量一般控制在2％～5％之间)，加水稀释后将复配好的溶液打入成品罐。

为了提高生产效率，减水剂的生产浓度可按40％～50％的浓度生产，聚醚的取值范围可在20％～50％之间，从而可生产含固量在20％～50％浓度的减水剂产品，减水剂产品的浓度范围取值范围较大，基本符合工作工况的实际要求。

水的取值范围在40.5％～76.2％之间，相应的丙烯酸的取值范围在3％～7.5％之间，巯基乙酸的取值范围在0.3％～0.75％之间，过硫酸铵的的取值范围在0.5％～1.25％之间；生产时水的比例可以调节，超过100％时，超出量在水的比例中扣除，生产聚羧酸减水剂的工艺过程中，对于原料剂量的调节范围非常灵活性。

整个过程为溶化→自由基聚合→接枝反应→保温→复配，聚醚和丙烯酸是主料，在溶合的主料中加入巯基乙酸起链转移剂作用，再通过加入过硫酸铵起引发剂作用从而完成主链和侧链进行基团的接枝，整个工艺生产过程十分简单，无需氮气保护，成本较低。

温度的控制是为了聚合物的分子量能控制在5000～10000之间，温度过低不起反应，过高不易控制；滴加时间的控制，滴加过快，物料反应剧烈，工人不易控制，过慢没有必要；保温时间过短，物料反应未完全，保温一个半小时至2个小时，物料反应基本稳定，选用这个保温温度是为了控制物料的分子量，分子量过小或过大都影响到产品的分散性(既减水性能)。

5、总结

聚羧酸系减水剂的研究开发从混凝土性能、价格、环保、可持续发展等多方面综合考虑，进一步朝高性能化、多功能化、生态化方向发展，价格低廉、合成工艺简单的聚羧酸系减水剂的研究对我国混凝土材料、建设工程的进步都具有重要的意义。

参考文献

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