论文摘要
本论文依据分子设计理论，对要合成的聚羧酸减水剂进行了分子设计，采用可聚合单体直接共聚的方法，对实验进行正交设计，确定了合成路线及方法：首先用马来酸酐和不同分子量的聚乙二醇进行酯化，合成含有聚氧乙烯基的大单体顺丁烯二酸聚乙二醇单酯，再用该具有聚合活性的大单体与甲基烯丙基磺酸钠进行水溶液聚合，合成了系列聚羧酸减水剂MPS。优化了酯化工艺和合成工艺；讨论了酯化工艺对酯化率和减水性能的影响以及合成工艺对减水剂减水性能的影响；确定了最佳酯化和合成条件；利用红外光谱表征了减水剂结构；按照GB／T 8077-2000测定减水性能和减水剂质量指标，讨论减水剂的减水性能，研究减水机理，最后得到以下结论：本论文合成的聚羧酸减水剂MPS分子呈梳形结构，分子结构有主链短支链长的特征，分子主链上接枝了不同的活性基团羧基和磺酸基，支链上接枝了长度不等的聚氧乙烯链（PEO），具有良好的减水性能，在水泥中有优良的分散效果。最高减水率可达到48％，各项质量指标也达到了国家标准要求。实验合成了三个系列的大单体顺丁烯二酸聚乙二醇单酯，酯化率最大时的合成条件如下：MP-1的合成条件为nPEG-1∶nMA=1∶1∶1，反应时间3h，反应温度120℃，催化剂用量6％，此时酯化率为73.28％；MP-2的合成条件为nPEG-2∶nMA=1∶2，反应时间4h，反应温度120℃，催化剂用量6％，此时酯化率为54.71％；MP-3的合成条件为nPEG-3∶nMA=1∶1.1，反应时间2h，反应温度90℃，催化剂用量4％，此时酯化率为32.41％。通过减水性能的测定发现并非酯化率越大减水性能就越好，对于MP-1，酯化率在50.0％～57.0％之间时减水剂减水性能较好；对于MP-2，酯化率在31.5％～42.0％之间时减水性能较好；对于MP-3，酯化率在20.0％～26.5％之间时减水性能较好。实验最终选取了最佳减水性能下的酯进行聚合工艺的优化，分别选用了酯化率为50.13％的4号MP-1、酯化率为为40.57％的4号MP-2和酯化率为26.46％的7号MP-3。实验确定了聚合最佳工艺条件，MPS-Ⅰ最佳合成条件为：nMP-1∶nMAS=1∶1，反应时间5h，反应温度95℃，引发剂用量6％，30s水泥净浆流动度为283.5mm，减水率为47.5％；MPS-Ⅱ最佳合成条件为：nMP-2∶nMAS=1∶1，反应时间3h，反应温度85℃，引发剂用量4％，此时30s水泥净浆流动度为274.5mm，减水率为46.15％；MPS-Ⅲ最佳合成条件为：nMP-3∶nMAS=1∶1，反应时间5h，反应温度95℃，引发剂用量6％，30s水泥净浆流动度为293mm，减水率为48.78％。本文合成的MPS系列聚羧酸减水剂的减水机理主要是空间位阻作用、降低界面能及润滑作用，还起到了一定的引气作用。