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聚羧酸减水剂的制备
发布时间 : 2014-04-10

自从20世纪90年代,聚羧酸超塑化剂在日本首次实现工业化生产以来,聚羧酸超塑化剂的开发、应用、研究已经经过了10几年的发展历程。由于与传统萘系、三聚氰胺等高效减水剂在聚合原理和工艺上的本质区别,所以通过不同的活性单体和聚合工艺可以制备出在结构和性能上具有很大差别的聚羧酸超塑化剂。

聚羧酸系减水剂分子结构呈梳行,主链上带有多个活性基团,极性较强,侧链带有亲水性的聚醚链段,并且链较长,数量多,疏水基的分子链段较短,数量较少,典型聚羧酸高性能减水剂的分子结构如图1-5所示。


1-5 聚羧酸系超塑化剂分子结构图

在分子结构方面,聚羧酸超塑化剂主要具有以下几个方面的特点:

(1)聚羧酸减水剂的分子结构呈梳形,其特点是在主链上带有较多的活性基团,并且极性较强,这些基团有磺酸基团(-SO3H)、羧酸基团(-COOH), 羟基基团(-OH)等。

(2)侧链也带有亲水性的活性基团,并且链较长,其吸附形态主要为梳形柔性吸附,可形成网状结构,具有较高的立体位阻效应,再加上羧基产生的静电排斥作用,可形成较大的立体斥力效应。

(3)分子结构自由度相当大,外加剂合成式可控制的参数多,高性能化的潜力大 。通过控制主链的聚合度、侧链(长度、类型)、官能团(种类、数量及位置)、分子量大小及分布等参数可对其进行分子结构设计,制造出“理想”的外加剂,更好地解决减水、引气、缓凝、泌水等问题。

该类超塑化剂的制备多采用自由基聚合的方式制备。其主要步骤如下:

a、引发剂的分解;

I→2I•

b、链引发反应;

I•+M→M•

c、链增长反应;

M•1+M→~ M•2

d、链终止反应;

~ M•n+~ M•m→Mn+m

~ M•n+~ M•m→Mn+Mm

e、链转移反应

~ M•1+L→~ M1+ L•


其中,I 代表引发剂,M 为单体,n、m 为自然数,L 为链转移剂或其它类物质。该类反应引发剂的分解反应速率较低,而链增长和链终止反应速率比前者快的多,前者的活化能约为100~150KJ/mol,链增长反应活化能为8~20 KJ/mol,链终止反应活化能约为8 KJ/mol。可见,引发剂的的分解速率对反应的进程影响很大。该类超塑化剂单体常采用(甲基)丙烯酸甲氧基聚乙(丙)二醇酯或聚乙(丙)二醇单(甲基)丙烯酸酯、不饱和羧酸(如,甲基丙烯酸及其盐、丙烯酸及其盐、马来酸酐或马来酸等)、不饱和磺酸盐(如,烯丙基磺酸钠、甲基烯丙基磺酸钠、AMPS 等)、不饱和酯(丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸羟乙酯等)以及其它类不饱和有机物(如,苯乙烯、苯乙烯磺酸钠等)。制备该类超塑化剂较多采用溶剂聚合法,较少采用本体聚合。溶剂最普遍采用水,有一部分采用甲苯、苯等有机溶剂。使用有机溶剂加大了对环境的污染并且增加了成本,该法基本已被淘汰。




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