无机非金属材料学实验教材

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1、实验一实验一设定成1000度两个一起进行平行试验中速过滤二　三粘度计不够，需要准备四五六七八实验十高性能混凝土专用外加剂的研究混凝土施工时，为了减小混凝土的坍落度经时损失，通常采用掺加缓凝剂或改变减水剂添加方式(后掺法或多次后掺法)等方法，但由于传统外加剂的局限，坍落度损失问题无法根本解决。一、实验要求(1)通过“分子设计”合成与实验用水泥相适应的聚羧酸系减水剂。(2)降低成本，改善性能。(3)将合成的聚羧酸系减水剂与其他外加剂复合。二、实验提示(1)聚羧酸系减水剂理想的分子结构应该是呈梳形的、线型的，疏水基团与亲水

2、基团相间，主链较短、数量少，侧链较长、数量多，且主链上带有多个活性琉水基团，侧链带有极性很强的亲水性活性大单体。(2)活性侧链大单体的制备方法：可以以卤化烷与聚乙二醇不同聚合度)为原料，或以异丁烯与聚乙二醇(不同聚合度)为原料，或以羧酸与聚乙二醇〔不同聚合度)为原料，在一定条件下合成聚乙二醇单本醚活性侧链大单林。再与其他各种不同单体共聚合成聚羧酸系减水剂。’；(3)合成原理与方法：方法一：卤代烷、醇、氢氧化钠反应取0．0125mol聚乙二醇(不同聚合度)放在已经装有NaOH(10g，0.25mo1)的四口瓶中(装有冷

3、凝管、电动搅拌器和温度计)，搅拌并逐渐升温，慢慢加入卤代烷0.05mo1，在100℃反应22h。静置分层，用分液漏斗分离上下两层，分别用无水Na2SO4干燥，下层液体用乙醚萃取2次，与上层液合并，水浴蒸出乙醚，最后减压蒸馏。方法二：在酸性催化剂(大孔苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂)的作用下，由聚乙二醇与异丁烯反应：(CH3)2C＝CH2十HO(C2H40)nH一(CH3)3CO(C2H40)nH(48—1)取一定量的聚乙二醇(不同聚合度)与异丁烯放在已经装有酸性催化剂(国产大孔苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂)的四口瓶中(

4、装有冷凝管、电动搅拌器和湿度计)，搅拌并逐渐升温，在80℃反应l0h，得到聚乙二醇单甲醚。方法三；羧酸(丙烯酸或甲基丙烯酸)与聚乙二醇(不同聚合度)反应：CH2＝CH—COOH十HO(C2H4)nH—CH2CHCOO(C2H40)nH十H20(48—2)此反应式是在浓硫酸的作用下发生的酯化反应。上述三种方法，因加科顺序、反应温度、反应时间的不同而影响反应率。(4)聚合物的接枝方法：主链以马来酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸三种原料为单体，并在主链上接枝一定比例的活性官能基因(如聚氧烷基EO、一C00H、一COO、一SO3H、

5、一SO3等)。通过改变合成主链的三种单体，来与已合成得到的活性侧链大单体聚合，合成聚羧酸系减水剂。方法一：先在三口瓶中加入一定量的水，再将聚乙二醇单醚0.0125mo1放入三口瓶中，再加入马来酸酐单体0.25mo1，搅拌并逐渐升温，在80℃反应2h。再将0.25mo1的丙烯酸(或甲基丙烯酸)加入到三口瓶中，加入引发剂(过硫酸铵、过氧化苯甲酰BPO、偶氮二异丁腈)，引发剂分多次加入，总加入引发剂量占总单体重量的3％，同时加入阻聚剂对苯二酚，保持温度80℃到90℃，进行聚合反应3—4h，加碱溶液中和至pH＝7，得到共聚物

6、。方法二；先在三口瓶中加入一定量的水，将聚乙二醇单醚0.0125mol放入三口瓶中，再加入丙烯酸(或甲基丙烯酸)0.25mo1，并滴加少量的浓硫酸作催化剂，再加热进行酯化。反应2h后，用NaOH溶液中和。再加入引发剂对甲苯磺酸和丙烯酸(或甲基丙烯酸)，同时加入阻聚剂1-4对苯二酚，升温至80一90℃，进行聚合反应2.5—3h，向反应中加入一定量的蒸馏水和引发剂对甲苯磺酸(保持总加入引发剂量占总单体重量的15％一30％)，保持温度在80一90℃，同时滴加丙烯酸(或甲基丙烯酸)和复合引发剂溶液(过硫酸钾十30％过氧水)，

7、保温3h，自然冷却到40℃以下加碱溶液中和，得到亮红棕色透明液体。(5)聚合物分子结构及制备工艺优化：聚合物分子结构的变化会影响其性质，聚合物的性质还受其他各种工艺因素的影响，如接枝反应时，引发剂的种类、引发剂的用量浓度以及反应物的浓度关系到聚合物是否能够接枝，加料顺序、反应温度、反应时间的不同均影响反应率，聚合物的分子量应控制在l000一5000之间等。试验中需要对分子结构及制备工艺不断地进行优化。根据需要选择因素及水平，通过正交试验法并结合合成后的聚合物减水剂对净浆和混凝土性能的影响结果来综合分析。①聚合单体比例

8、的选探；对于主链单体，从分子结构和键能分析，丙烯酸的双键易断裂产生自由基，而马来酸酐的双键难断裂，所以应用丙烯酸单体量增大时，聚合反应易进行；而应用马来酸酐单体量增大时，由于马来酸酐反应时产生两个羧基，又可以提高减水剂的分散性。②聚合温度的选择：反应温度提高，引发剂的分解速率提高，可以加快聚合速率。同时，温度升高，聚合体系内活性中心增加，分子运