不同引发剂对醚类聚羧酸减水剂性能的影响

摘要：

以甲基烯丙基聚氧乙烯醚（TPEG）、烯丙醇聚氧乙烯醚（APEG）、丙烯酸（AA）为原料，分别以双氧水（H2O2）和过硫酸铵（NH4）2S2O8）为引发剂，采用原位聚合法合成了聚羧酸系减水剂。通过对合成的聚羧酸减水剂进行水泥净浆流动度试验，结果表明自制的聚羧酸减水剂对水泥浆体有较好的分散性和分散性保持性。在红外线光谱的检测下，得到了试验所需观测到的羟基、羰基、醚键等官能团。

0引言

作为混凝土外加剂中的主要组成部分，减水剂特别是高效减水剂一直是科学研究和工程应用的热点。源于对混凝土高性能化以及全球可持续发展战略的要求，科研和工程技术人员对于混凝土减水剂的要求也逐步提高，例如高减水率、较好的水泥适应性以及保坍能力、低氯低碱等。聚羧酸高效减水剂是一种新型建筑材料，通常是在引发剂条件下通过自由基聚合反应在水溶液下制备的，具有掺量低、减水率高、保坍性好、低碱、低收缩和绿色环保等优点。自由基聚合反应常用的引发剂通常包括过氧类化合物、偶氮类化合物以及氧化还原反应体系。引发剂用量较低时，聚合反应不完全，聚合物分子量偏低，分散作用不大。引发剂量过大，引发剂产生的初级自由基不能及时扩散，降低了引发效率基本不能引发聚合反应，导致流动度大大降低。在本研究中，聚羧酸减水剂的合成选择TPEG和APEG两种大单体，以过硫酸铵和双氧水为引发剂，通过水泥净浆流动试验反映引发剂品种与掺量对聚羧酸减水剂性能的影响。

1试验

1.1原材料

本试验所用的原材料见表1。

表1试验原材料

1.2减水剂的合成

在四口烧瓶中加入一定量的蒸馏水、单体和引发剂，置于恒温水浴锅中加热，待反应体系温度升至（60±2）℃时，开始滴加A料和B料。A料由丙烯酸、蒸馏水组成，滴加时间为3h。B料由巯基乙酸、抗坏血酸和蒸馏水组成，滴加时间为3.5h。滴加结束后保温1h，用碱液中和至PH值为6~8，即可得到聚羧酸减水剂。

1.3性能测试方法

水泥净浆流动度的测定参照GB/T8077—2012《混凝上外加剂匀质性试验方法》中的水泥净浆流动度测试方法，W/C＝0.29，减水剂掺量为胶凝材料用量的0.2%（折固计）。

采用FTS-2000傅立叶红外光谱仪对减水剂样品进行结构表征。

2结果与讨论

2.1双氧水对聚羧酸减水剂性能的影响

以双氧水为引发剂，改变引发剂的掺量，合成的聚羧酸减水剂的水泥净浆流动试验结果分别见表2、表3。

表2引发剂为双氧水的APEG型聚羧酸减水剂净浆流动度值

表3引发剂为双氧水的TPEG型聚羧酸减水剂净浆流动度值

从表2、3中可以看出，引发剂为双氧水时，随着引发剂的掺量增加，无论APEG还是TPEG系聚羧酸减水剂其性能效果都是先提升后降低，引发剂掺量为2.0%时，减水剂达到最佳效果。而且通过对比可以看出，以双氧水为引发剂时，APEG型聚羧酸减水剂效果要更优于TPEG型聚羧酸减水剂。

2.2过硫酸铵对聚羧酸减水剂性能的影响

以双氧水为引发剂，改变引发剂的掺量，合成的聚羧酸减水剂的水泥净浆流动试验结果分别见表4、5。

表4引发剂为过硫酸铵的APEG型聚羧酸减水剂净浆流动度值

表5引发剂为过硫酸铵的TPEG型聚羧酸减水剂净浆流动度值

过硫酸铵所引发的聚羧酸减水剂中，TPEG型聚羧酸减水剂性能要明显优于APEG型聚羧酸减水剂，TPEG型聚羧酸减水剂性能会随这引发剂掺量的逐渐增加而先提升后下降，其最佳效果为引发剂掺量为2.0%，而APEG型聚羧酸减水剂最佳效果为0.5%。

从表2至表5中可以看出：H2O2引发的APEG聚羧酸减水剂和过硫酸铵引发的TPEG聚羧酸减水剂的水泥净浆流动度最佳效果分别为初始：318、299mm；30ｍin：290、281mm。所以，从研究试验数据分析看出，当以H2O2为引发剂时，APEG型聚羧酸减水剂性能优于TPEG型聚羧酸减水剂。过硫酸铵引发的APEG聚羧酸减水剂和过硫酸铵引发的TPEG聚羧酸减水剂的水泥净浆流动度最佳效果分别为初始：240、252mm；30ｍin：214、221mm。所以，从试验数据分析看出，当以过硫酸铵为引发剂时，TPEG型聚羧酸减水剂性能优于APEG型聚羧酸减水剂。

2.3红外光谱分析

羟基吸收峰出现在3200~2500cｍ-1，宽而散，以3000cｍ-1为中心，此吸收在2700~2500cｍ-1常有几个小峰。在2850.78~2934.69cｍ-1处为C-H键吸收峰，在1714.71cｍ-1处为羧酸的羰基的特征吸收峰，在1082.06cｍ-1处为醚键ｘ吸收峰。图1~4为测定的组合成的聚羧酸减水剂中每组最佳样品的红外光谱图：

图1引发剂为H2O2的APEG型聚羧酸减水剂的红外光谱

图2引发剂为H2O2的TPEG型聚羧酸减水剂的红外光谱

图3引发剂为（NH4）2S2O8）的APEG型聚羧酸减水剂的红外光谱

图4引发剂为（NH4）2S2O8）的TPEG型聚羧酸减水剂的红外光谱

通过图谱可知，合成的醚类聚羧酸减水剂分别在2592、2595、2605、2343cｍ-1处出现羟基吸峰，在2927、2922、2852、2927cｍ-1处出现C-H键吸收峰，在1650、1651、1742、1650cｍ-1处出现羧酸的羰基的特征吸收峰，在1083、1083、1080、1085cｍ-1处出现醚键吸收峰。

3结论

（1）所合成的聚羧酸减水剂的最佳样品：单体为APEG，引发剂为H2O2，掺量为2.0%。合成的聚羧酸减水剂在低掺量（折固后为胶凝材料用量的0.2%），效果为初始水泥净浆流动度为319mm，30ｍin后290mm。

（2）H2O2为引发剂的APEG系聚羧酸减水剂的所表现出的减水等性能要强于TPEG系聚羧酸减水剂性能。过硫酸铵为引发剂的TPEG系聚羧酸减水剂性能效果要明显强于APEG系聚羧酸减水剂的减水的性能。

（3）通过聚羧酸减水剂红外光谱的测定，可知所合成的聚羧酸减水剂具有羧酸中的羰基、羟基、醚键、C-H键。

作者：戴民，李晓彤，牛晚扬，如涉及作品内容、版权和其它问题，请及时联系，我们将尽快处理。

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