支化结构聚羧酸系减水剂的聚合与表征

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1、支化结构聚羧酸系减水剂的聚合与表征-建筑论文支化结构聚羧酸系减水剂的聚合与表征刘晓1赵明1王子明1管佳男1朱洁2（1.北京工业大学材料学院北京100124；2.北京金隅水泥节能科技有限公司北京102403）摘要：通过分子结构设计法，以可聚合活性端与甲基烯丙基聚氧乙烯醚（IPEG）和丙烯酸（AA）在水溶液中共聚，合成一种全新支化结构的聚羧酸系减水剂。通过单因素变量优化实验，讨论了聚合阶段酸醚比、巯基乙酸（TGA）、过硫酸铵（APS）和滴加时间对水泥净浆流动度的影响，并采用红外（IR）对所得聚合产物进行结构表征。在本研究确定的聚合条件下合成了支化结构的聚羧酸系减水剂，水泥净浆的研

2、究结果表明，支化结构的聚羧酸系减水剂相比传统梳状结构聚羧酸系减水剂具有更高的减水率、更优异的分散及分散保持性能。关键词：支化结构；聚羧酸系减水剂；聚合；流动性能；表征前言聚羧酸系高性能减水剂是一系列具有特定分子结构和性能的聚合物的总称[1]，一般是采用特定的不饱和单体，在引发剂作用下通过自由基聚合而得到[2]。聚羧酸系减水剂作为新一代减水剂，具有其他普通减水剂无法比拟的性能[3]，因此，世界上许多研究人员对聚羧酸系高性能减水剂展开广泛而深入的研究[4]，同时也取得了一些令人瞩目的成绩。迄今为止，聚羧酸系减水剂的研究多集中于其传统的梳形结构[5-13]，随着研究的深入，研究者们

3、期望开发出具有支化结构的聚羧酸系减水剂，使其具有比传统的线形和梳形结构聚合物更加高效的分散性能。目前，已有部分学者开展了对支化结构聚羧酸系减水剂的合成研究[14]。Dai[15]等将聚[N，N-双（丙烯酰）胱胺]作为交联核结构，聚（N，N-二甲基乙胺，甲基丙烯酸酯）作为臂结构，利用ATRP“先臂后核”方法制得一种支化聚合物。Francis等[16]用三步法通过引发苯乙烯或丙烯酸丁酯最终形成AA2或AB2支化聚合物。ShotaroIto等[17]使用“迭代法”，以甲硅烷基氯为起始反应物，采用活性阴离子聚合反应生成具有多官能团的氯硅烷化合物，再依次与聚苯乙烯、聚异戊二烯、聚（1,

4、3-丁二烯）反应，生成具有三臂结构聚合物。MartinMller等[18]在主要原料为缩水甘油基醚、引发剂为3-苯基-1-丙醇乙氧基乙基、三羟甲基丙烷、2-三羟甲基丙烷和二季戊四醇的条件下，通过阴离子开环聚合，制得了三臂、四臂和六臂支化聚合物。支化结构聚合物具有支链多、粘度低、端基官能团数目众多等特点，这为支化聚合物具有不同于其他结构聚合物的性能特点提供了理论依据。不同工程、不同环境对聚羧酸系减水剂的要求逐渐提高，迫切要求开发出性能更加优异的新型聚羧酸系减水剂。基于此，本研究通过分子结构设计，在支化活性端上共聚“生长”聚羧酸链合成支化结构的新型聚羧酸系减水剂，期望获得比现有梳

5、形结构聚羧酸系减水剂更加优异的性能，有关该合成方式的研究尚未见报道。本研究根据自由基聚合基本原理，以可聚合活性端、丙烯酸（AA）和甲基烯丙基聚氧乙烯醚（IPEG）为主要反应原料，合成出全新支化结构的聚羧酸系减水剂，讨论了酸醚比、链转移剂、引发剂和滴加时间对其在水泥净浆中分散能力的影响规律，确定了最佳工艺条件，并表征了相应合成产物的分子结构。与现有的梳形结构产物相比，本研究的支化结构产物具有更明显的空间位阻作用，分散水泥颗粒能力更强，可有效防止水泥颗粒的团聚，这为丰富和发展聚羧酸系减水剂的相关理论，拓宽聚羧酸系减水剂的应用范围，进一步探索支化型聚羧酸系减水剂的研究奠定了基础。1

6、试验1.1原材料所用原料包括：丙烯酸（AA）、过硫酸铵（APS）、巯基乙酸（TGA），氢氧化钠（NaOH），分析纯，北京化工厂产。甲基烯丙基聚氧乙烯醚（IPEG，聚合度n=53），辽宁奥克化学股份有限公司产。自制支化结构的可聚合活性端，合成方法见文献[19]。水泥为基准水泥（P·I42.5），市售传统聚羧酸高性能减水剂，固体含量为42%。1.2支化聚羧酸系减水剂的聚合支化结构聚羧酸系减水剂由自制支化结构的可聚合活性端和丙烯酸小单体及聚醚大单体通过自由基聚合反应得到，其分子结构可以通过调整反应物配比和反应条件等因素改变。支化结构聚羧酸系减水剂合成的反应小单体选用AA，大单体选用

7、IPEG。将AA和TGA的水溶液与APS的水溶液分别滴加到装有可聚合活性端、IPEG和适量水的四口烧瓶中，反应体系的温度保持在65℃±1℃，滴加完成后，继续保温反应。最后加入NaOH溶液中和至pH=7左右，即得合成的聚羧酸系减水剂溶液。1.3支化聚羧酸系减水剂的表征将样品烘干至质量恒定，与KBr粉末混合压片，置于美国PE公司的AutosystemXL/I-series/Spectrum2000红外光谱仪中记录红外光谱，通过红外分析，可以确定聚羧酸系减水剂中所含的基团的种类。掺有聚羧酸系减水剂的水泥净浆流