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专家解析聚羧酸系减水剂作用机理及制备原理

发布时间：

2022-10-31 11:23

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我们知道，目前聚羧酸减水剂在混凝土工程中的应用越来越广泛。聚羧酸减水剂与传统的减水剂萘磺酸和磺化三聚氰胺缩合物相比，他们能在低掺量下赋予混凝土高分散性、流动性及高分散体系稳定性防止坍落度损失。同时，工业萘价格上涨、萘系减水剂生产周期长、环境污染严重等问题日益突出也使聚羧酸系减水剂的应用势在必行。不过你知道聚羧酸系减水剂作用机理及制备原理
　　有关聚羧酸减水剂研究进展特别是对该类减水剂制备原理、作用机理、等方面综述报道较少。现对聚羧酸系减水剂的制备原理、作用机理、发展前景等方面研究进展做一综述。
　　1、聚羧酸系减水剂制备原理
　　聚羧酸盐高性能减水剂是由带有磺酸基、羧基、氨基以及含有聚氧乙烯侧链等的大分子化合物，在水溶液中，通过自由基共聚原理合成的具有梳型结构的高分子表面活性剂。
　　主要原料：甲基丙烯酸、丙烯酸、丙烯酸乙酯、丙烯酸羟乙酯、烯丙基磺酸钠、甲基丙烯酸甲酯、甲氧基聚氧乙烯甲基丙烯酸酯、乙氧基聚乙二醇丙烯酸酯、烯丙基醚等，在聚合过程中可采用的引发剂为：过硫酸盐水性引发剂、过氧化苯甲酰、偶氮二异丁氰;链转移剂有：3-巯基丙酸、巯基乙酸以及异丙醇等。
　　合成方法：在配有电动搅拌器、温度计、滴液装置的反应容器中，通过缓慢滴加聚合单体溶液、引发剂溶液和链转移剂溶液。在选用聚合单体时，应充分考虑其竞聚率。反应温度可根据具体的反应单体类型来决定，一般可以选择0-60℃这一温度区间内的温度作为反应温度。在1-2小时内滴加完单体溶液，继续保温反应1h，补水(中和)后出料。
　　2、聚羧酸系减水剂作用机理
　　聚羧酸盐高性能减水剂是一种新型减水剂，具有许多突出的优点，但其作用机理目前尚未完全清楚，以下是其中的一些观点：
　　(1)缓凝作用，主要由于羧基充当了缓凝成分，R-COO～与Ca^₂离子作用形成络合物，降低溶液中的Ca² 离子浓度，延缓Ca(OH)₂形成结晶，减少C-H-S凝胶的形成，延缓了水泥水化。
　　(2)羧基(-COOH)，羟基(-OH)，胺基(-NH₂)，聚氧烷基(-O-R)_n等与水亲和力强的极性集团主要通过吸附、分散、湿润、润滑等表面活性作用，对水泥颗粒提供分散和流动性能，并通过减少水泥颗粒间摩擦阻力，降低水泥颗粒与水界面的自由能来增加新拌混凝土的和易性。同时聚羧酸类物质吸附在水泥颗粒表面，羧酸根离子使水泥颗粒带上负电荷，从而使水泥颗粒之间产生静电排斥作用并使水泥颗粒分散，导致抑制水泥浆体的凝聚倾向(DLVO理论)，增大水泥颗粒与水的接触面积，使水泥充分水化。在扩散水泥颗粒的过程中，放出凝聚体锁包围的游离水，改善了和易性，减少了拌水量。
　　(3)空间位阻作用(即立体排斥)。聚羧酸类物质份子吸附在水泥颗粒表面呈“梳型”，在凝胶材料的表面形成吸附层，聚合物分子吸附层相互接近交叉时，聚合物分子链之间产生物理的空间阻碍作用，防止水泥颗粒的凝聚，这是羧酸类减水剂具有比其他体系更强的分散能力的一个重要原因。
　　(4)聚羧酸类高效减水剂的保持分散机理可以从水泥浆拌和后的经过时间和Zeta电位的关系来了解。一般来说，使用萘系及三聚氰胺系高效减水剂的混凝土经60min后坍落度损失明显高于含聚羧酸系高性能减水剂的混凝土。这主要是后者与水泥粒子的吸附模型不同，水泥粒子间高分子吸附层的作用力是立体静电斥力，Zeta电位变化小。
　　在研究其对水泥分散作用机理时发现，仅用DLVO理论解释为离子间斥力常与实验结果有很大出入。空间位阻效应可成功地解释聚羧酸型减水剂对水泥的分散作用机理，即高分子吸附于水泥颗粒表面，其伸展进人溶液的支链产生了空间位阻使粒子不能彼此靠近，从而使水泥颗粒分散并稳定。目前该机理得到普遍接受。具有长支链的聚合物有低的电位和高的空间斥力，因而吸附后对水泥分散性能很好，但对粒子分散稳定性却不佳。支链过长可能导致已分散粒子间表面支链的相互缠绕，反而造成粒子的凝聚。