聚丙烯酸高效减水剂构效关系及吸附—分散作用

【摘要】： 聚羧酸高效减水剂(PCs)是近年来建筑材料化学外加剂领域的研究热点。目前，PCs研究中几个关键问题包括：①含聚氧乙烯(PEO)长链的可聚合大单体的合成及质量控制；②聚合产物的分子量控制与测试表征方法以及减水剂结构与性能之间的关系；③PCs减水作用机理的实验支持和理论模型等。本文围绕上述三个问题开展工作，包括以下三个方面内容： (1)研究了聚乙二醇(PEG)与丙烯酸(AA)酯化反应所得酯化产物(PAE)的组成、结构以及酯化反应条件对产物的影响。①采用萃取分离方法对PAE中的单酯(MPAE)和双酯(DPAE)进行了分离提纯；②采用溴加成法测定不同温度下酯化反应体系双键的浓度变化；③采用高效液相色谱(HPLC)研究了醇酸比、催化剂用量等酯化条件对酯化产物组成的影响。 结果表明，改变反应条件只能影响酯化反应的快慢，MPAE和DPAE的相对含量只与酯化率有关，而不受反应条件的影响。该实验结果与PEG两端羟基具有同等反应活性和反应几率的模型所导出的结论一致； (2)研究了聚合反应条件对产物分子量的影响，结合减水性能探讨减水剂的结构与性能之间的关系。①采用体积排阻色谱(SEC)研究了聚合温度、pH值、引发剂用量等反应条件对聚合产物分子量及残留单体的影响；②采用不同聚合条件得到的不同结构的减水剂进行性能测试探讨减水剂结构与性能的关系。 研究表明，n_(MAS)/n_(PAE)在2-3、n_(AA)/n_(PAE)在6~8、聚合温度80℃、引发剂用量在3％-4％时，聚合产物的分子量为1×10~4，聚合产物中的PEO、-COOH和-SO_3~-的基团搭配及基团密度较好，具有较好的分散性能。 (3)通过研究水泥颗粒对PCs的选择性吸附、PCs对水泥颗粒表面zeta电位的影响，结合性能检测结果探讨了PCs各亲水基团的主导作用。 结果表明，水泥颗粒对PCs吸附存在吸附平衡，且水泥颗粒优先吸附高分子量的减水剂分子；吸附量的随着AA用量的增加而增大，zeta电位随AA用量的增加而增大，随MAS用量的增加先增大后减小；zeta电位的增加有利于水泥颗粒的稳定分散，但是并非分散水泥颗粒的主导作用；PEO侧链通过水合作用形成伸展于水相中的体积较大的棒状结构，对水泥颗粒的分散起空间位阻作用。