聚羧酸系高效减水剂的制备及其性能研究

摘要

本文根据目前聚羧酸系减水剂存在的一系列问题，以分子设计理论为指导，在系统研究自由基聚合原理和优化匹配单体活性的基础上，设计并制备出工艺简单、能耗低、副反应少、掺量低和减水率高的聚羧酸减水剂，并通过研究其结构与吸附、吸附与分散性的关系，探讨了聚羧酸减水剂的作用机理。　　本研究主要内容包括：⑴以聚氧乙烯醚（OXAB）、马来酸酐（MAL）、甲基丙烯磺酸钠（MAS）为原料合成聚马来酸酐高效减水剂。通过正交试验和单因素优化试验得到其最佳工艺条件为：n(OXAB):n(MAL):n(MAS)=0.85:2.75:0.3，引发剂过硫酸钠（APS）为单体总质量的3.5%，80℃反应2.5h，90℃再反应0.5h。当聚马来酸酐减水剂的掺量为0.8%时，C40混凝土的初始塌落度为235 mm，1h后塌落度为85 mm，含气量为3.8%，28d的强度高达62.7MPa。⑵以国内易得且价格便宜的异丁烯醇代替国外进口且价格昂贵的异丙烯醇作为合成异丁烯基聚氧乙烯聚氧丙烯醚（OXAC）的原料，并与丙烯酸（AA）共聚制备聚丙烯酸减水剂。通过正交试验和单因素优化试验得到其最佳工艺条件为：n(OXAC):n(AA)=0.046:0.175，引发剂H2O2的用量为单体总质量的1.2%，抗坏血酸（VC）的用量为H2O2用量的26.9%，在60℃下反应5.0h。当聚丙烯酸减水剂的掺量为0.92%时，C40混凝土的初始塌落度为217mm，1h后塌落度为195 mm，含气量为3.5%，28d的强度高达65.4MPa。⑶研究了水化时间和水化温度对聚羧酸高效减水剂在水泥颗粒表面吸附量的影响。研究结果表明：水泥水化20分钟时，减水剂的吸附量已达到饱和；随着水化温度的升高，其吸附量逐渐增大。⑷研究了不同分子结构聚羧酸减水剂的吸附等温线。减水剂阴离子含量越高，其吸附量越大；侧链越长，吸附量越小；随着减水剂酸酯比的增大，其吸附量先增大后减小，其中以酸酯比为7:1时吸附性能最好。采用Langmuir吸附模型和Freundlich吸附模型对不同侧链系列的吸附等温线进行拟合，发现Langmuir吸附模型的拟合度较高，相关系数均在0.97以上，理论饱和吸附量以及平衡常数的趋势都与实验结果相符；Freundlich吸附模型的拟合度不高，相关系数均在0.9以下。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 聚羧酸系高效减水剂概述

1.2.1 聚羧酸系高效减水剂的结构及性能

1.2.2 聚羧酸系高效减水剂的合成方法

1.2.3 聚羧酸系高效减水剂在工程中的应用

1.3 聚羧酸系高效减水剂的作用机理

1.3.1 静电斥力双电层理论（DLVO理论）

1.3.2 空间位阻理论

1.3.3 水化膜润滑及润湿作用

1.3.4 引气隔离“滚珠”作用

1.4.1 国内外聚羧酸系高效减水剂的研究进展