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聚丙烯酸高效减水剂的合成及其结构与性能的关系研究

张荣国  
【摘要】: 聚羧酸高效减水剂是现代高性能混凝土的重要组成部分。本文通过分子设计和性能优化,合成、探讨聚丙烯酸高效减水剂分子结构与性能的关系。 1、合成了4种含聚氧乙烯长侧链的聚丙烯酸高效减水剂,优化了合成条件,测试了产物的组成、结构及性能: (a)以聚乙二醇与丙烯酸酯化合成大单体,通过丙烯酸(A)、甲基丙烯磺酸钠(B)、大单体(C)三元共聚合成聚丙烯酸高效减水剂,性能优化后其数均分子量为1.03×10~4,分子组成可记为(A_(13)B_5C_2)_3。其减水率为25%(0.2%掺量),60min坍落度保留值大于130mm。 (b)以聚乙二醇单甲醚取代聚乙二醇合成大单体(C),与丙烯酸(A)、甲基丙烯酸磺酸钠(B)三元共聚合成聚丙烯酸高效减水剂,其数均分子量为1.84×10~4,分子组成可记为(A-(13)B_2C_5)_3。其减水率达32%(0.2%掺量),60min坍落度保留值达175mm。 (c)以聚乙二醇烯丙基醚(C)作为大单体,通过与丙烯酸(A)、甲基丙烯磺酸钠(B)三元共聚合成聚丙烯酸高效减水剂,其数均分子量为0.81×10~4,分子组成可记为(A_(15)B_2C_3)_2。其减水率达30%(0.2%掺量),60min坍落度保留值为120mm。 (d)以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)部分替代甲基丙烯磺酸钠制备AMPS改性的聚丙烯酸高效减水剂,其数均分子量为1.55×10~4,分子组成可记为(A_6B_3C)_8。其减水率达35%(0.2%掺量),60min坍落度保留值达140mm。 2、考查了上述4种减水剂分子中聚氧乙烯链、磺酸基和羧基的不同比例,功能基团与减水剂主链连接方式对减水剂性能的影响。 (a)聚乙二醇在酯化反应中生成的少量双酯会使聚合产物部分交联或成环,从而使减水剂性能降低。以聚乙二醇单甲醚、聚乙二醇烯丙基醚为原料合成的减水剂有利于产物形成梳型结构,从而使减水剂的性能得到改善。但烯丙基具有链转移作用,从而使产物分子量和分子中长侧链减少,减水剂保塑性略有降低。 (b)采用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸部分替代甲基丙烯磺酸钠,在聚合反应中可降低甲基丙烯磺酸钠的自阻聚和链转移作用,从而提高减水剂分子中的磺酸基数量,使减水率明显提高,但对保塑性有一定的不利影响。 3、以葡萄糖部分替代聚乙二醇与丙烯酸进行酯化,将糖类分子结构单元作为侧链引入到减水剂分子中,得到一种新型聚丙烯酸高效减水剂。其数均分子量为2.17×10~4,分子组成可记为(A-(12)B_3C_2T)_6。其减水率可达22%(0.2%掺量),60min坍落度保留值可达190mm。引入葡萄糖结构显著提高了减水剂的保塑性,但减水率明显降低。


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