摘要：本文概括了一種以烯丙基聚乙二醇為原料的烯丙基聚醚系超塑化劑的合成研究。研究中采用自行設(shè)計的聚合工藝，運用活性調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)聚合速率，通過正交試驗得到了較為理想的反應(yīng)參數(shù)。研究解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的一系列問題。例如：聚合速率較慢，產(chǎn)品不穩(wěn)定，應(yīng)用性能不佳等。并且此技術(shù)可以應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。
關(guān)鍵詞：聚醚基超塑化劑 烯丙基聚乙二醇 正交試驗 一步法
中圖分類號：TU528.0
0 前言
聚醚基超塑化劑在國內(nèi)通常被稱為聚羧酸系高效減水劑，是國內(nèi)外公認(rèn)的第三代減水劑[1]。按照其主要結(jié)構(gòu)可以被具體分為聚酯基超塑化劑和烯丙基聚醚系超塑化劑。從目前國內(nèi)研究狀況來看，大量工作都是以甲氧基聚乙二醇為原料的聚酯基超塑化劑的制備研究，此種大單體作為合成原料通常需要酯化和聚合兩步工藝。盡管其產(chǎn)品性能穩(wěn)定，但工藝繁瑣、參數(shù)復(fù)雜、工藝控制要求嚴(yán)格，原料價格昂貴，生產(chǎn)成本較高。
近一兩年，以烯丙基聚乙二醇作為大單體的烯丙基聚醚系超塑化劑開始成為研究熱點。其優(yōu)勢在于：原材料國產(chǎn)化，質(zhì)量穩(wěn)定，價格低廉，原料的封端基團(tuán)中包含了不飽和雙鍵，超塑化劑可通過一步法直接聚合。但原料的結(jié)構(gòu)特點也使得產(chǎn)品在性能上存在一些問題，如聚合速率慢，產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率不高，產(chǎn)品質(zhì)低溫儲存時底部出現(xiàn)析晶現(xiàn)象，低摻量下產(chǎn)品保留性能差，適應(yīng)性不佳，很難實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)等。本研究針對以上問題，自行設(shè)計聚合工藝，利用活性調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)反應(yīng)速率，通過設(shè)計參數(shù)的正交試驗，得到了保留性能優(yōu)秀的烯丙基聚醚系超塑化劑。
1 實驗
1.1 原料、工藝及結(jié)果表征方法
烯丙基聚乙二醇(XPEG2000)：國產(chǎn)、丙烯酸(AA)、順丁烯二酸酐（MA）、分子量調(diào)節(jié)劑、過硫酸銨(APS)、活性調(diào)節(jié)溶液（自制）、氫氧化鈉、基準(zhǔn)水泥。
由于XPEG活性相對較低[2]，在自由基共聚合反應(yīng)速率小，本研究設(shè)計采用以下工藝進(jìn)行超塑化劑的一步法聚合。具體操作如圖1所示：
本研究選用凈漿流動度作為產(chǎn)品性能的表征方法。其中選用外加劑檢測專用基準(zhǔn)水泥，水灰比0.29%，產(chǎn)品折固摻量為0.22%
1.2 聚合參數(shù)正交設(shè)計 將順丁烯二酸酐（A）、丙烯酸（B）、分子量調(diào)節(jié)劑（C）、過硫酸銨（D）、活性調(diào)節(jié)劑（E）作為需要優(yōu)化的因素。分別選擇四個水平，進(jìn)行五因素四水平的正交試驗L16(45)。因素水平表以及正交如表1所示。
2 結(jié)果及討論
本研究選用基準(zhǔn)水泥凈漿流動度和保留度作為最終表征產(chǎn)品性能的手段，摻量為0.22%。
由于流動度數(shù)據(jù)較為零散，因此將其劃分為以下等級：150mm以下—0、150～170mm—1、170～190mm—2、190～210mm—3、210～230mm—4、230～250mm—5、250～260mm—6、260mm以上7。選擇初始流動度和2小時保留度兩者作為衡量指標(biāo)，采用功效系數(shù)法進(jìn)行分析[4]。正交試驗結(jié)果如表2所示：
通過功效系數(shù)法分析，得到XPEG2000體系最佳試驗條件為：A4B2C3D2E2，即XPEG:MA:AA:分子量調(diào)節(jié)劑:過硫酸銨:活性調(diào)節(jié)溶液 =1:5.0:0.5:0.075:3.0%:0.2，其中活性調(diào)節(jié)劑是主要影響因素。
各個因素不同水平對K的影響以及影響程度比較如圖2所示：
圖2中表示了五因素不同水平對K值的影響，影響并沒有固定的趨勢，同時也說明五個因素之間存在著交互作用，應(yīng)在合成中加以注意。圖中還可看出分子量調(diào)節(jié)劑波動較小，對超塑化劑性能影響較小；活性調(diào)節(jié)劑波動較大，對超塑化劑性能影響較大。
3 結(jié)束語
本研究通過試驗得到了以XPEG2000為大單體原料，MA、AA、分子量調(diào)節(jié)劑、活性調(diào)節(jié)溶液為其他單體，在過硫酸銨為引發(fā)劑的條件下，采用滴加工藝路線合成了烯丙基聚醚系超塑化劑。并通過正交試驗得到配比的優(yōu)化參數(shù)為：
XPEG:MA:AA:分子量調(diào)節(jié)劑:過硫酸銨:活性調(diào)節(jié)溶液=1:5.0:0.5:0.075:3.0%:0.21:5.0:0.5:0.075: 3.0:0.2。所合成的超塑化劑樣品在低摻量情況下分散度可達(dá)到260mm，2小時保留91%。樣品在低溫下存放不析晶，解決了該類產(chǎn)品冬季儲存及使用問題。
本研究中得到的聚醚基超塑化劑合成工藝相對簡單，過程控制容易，得到產(chǎn)品性能優(yōu)異，并且原料環(huán)保、生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)成本低廉，具有很好工業(yè)生產(chǎn)可行性。
參考文獻(xiàn)
1 陳建奎．混凝土外加劑原理與應(yīng)用．第二版，中國計劃出版社，2004：249
2 張興英．高分子化學(xué)．中國輕工業(yè)出版社．第一版，2000：98
3 李崇智、李永德等．聚醚基高性能減水劑的合成與性能．新型建筑材料，2002（8）：55
4 劉振學(xué)．實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理．化學(xué)工業(yè)出版社，2005：101
