含N、S聚羧酸表面活性剂的合成及应用表征

论文摘要

含N、S聚羧酸表面活性剂是聚羧酸系高性能减水剂中的一种,是目前混凝土高性能减水剂研究中前沿的研究课题,由含有羧基和不饱和单体和其他单体共聚而成,在减水、保坍、增塑、收缩及环保等方面具有优良性能。本文从聚羧酸高性能减水剂的化学结构、作用机理以及单元结构模型出发,设计了马来酸酐、烯丙基聚乙二醇醚、甲基烯丙基磺酸钠等为原料通过自由基水溶液三元共聚反应,合成了一类新型的含有聚氧乙烯基、羧基和磺酸基等活性基团的聚羧酸高性能减水剂。三个配方如下:a)马来酸酐（MA）、丙烯酸二甲氨基乙酯（DA）、甲基烯丙基磺酸钠（SMAS）;b)马来酸酐（MA）、烯丙基聚乙二醇醚（XPEG）、甲基烯丙基磺酸钠（SMAS）;c)马来酸酐（MA）、烯丙基聚乙二醇醚（XPEG）、苯乙烯磺酸钠（SSS）。（1）研究了配方a聚羧酸减水剂的工艺条件。通过大量单因素实验以及正交试验,确定了最佳的工艺条件:马来酸酐:丙烯酸二甲氨基乙酯:烯丙基磺酸钠=1.0:0.5:0.5（摩尔比）,过硫酸钾的掺量为4%,反应温度为80℃,反应时间为5小时,掺量为0.3%时,能达到最大初始净浆流动度240mm左右,且初始净浆流动度及分散保持性能表现不好。通过IR对产物结构进行了表征确认,与其结构相符。（2）研究了配方b聚羧酸减水剂的工艺条件。通过大量单因素实验以及正交试验,确定了最佳的工艺条件:马来酸酐:烯丙基聚乙二醇醚:甲基烯丙基磺酸钠=1:0.2:0.2（摩尔比）,过硫酸钾的掺量为2%,反应温度为70℃,反应时间3小时,掺量为0.3%时,能达到最大初始净浆流动度345mm左右,且初始净浆流动度及分散保持性能表现良好。通过IR对产物结构进行了表征确认,与其结构相符。在测试水泥净浆流动度时发现,静置60min后,水泥净浆出现泌水过快、分层明显、底层板结、和易性差的现象。（3）研究了配方c聚羧酸减水剂的工艺条件。通过大量单因素实验以及正交试验,确定了最佳的工艺条件:马来酸酐:烯丙基聚乙二醇醚:苯乙烯磺酸钠=1:0.2:0.35（摩尔比）时,能显著改善以上出现的问题,虽然初始净浆流动度从345mm左右下降到330mm左右,但是和易性得到较大改善。经红外光谱分析表明,合成产物的吸收峰所处的位置与国内外聚羧酸系减水剂同类产品相同或相近,从而得出结论,在分子结构上有着相似的官能团,实现了与设计的分子结构基本一致的设想。从水泥和混凝土的性能实验的研究结果表明:自制MA-XPEG（2）-SSS减水剂对水泥有良好的适应性,掺量为0.3%,水灰比为0.29的水泥初始净浆流动度虽然有所降低,但也能达到331mm,60min后流动度为326mm,且静置60min后水泥净浆的和易性得到很大改善。减水率能达到26%,初始坍落度为230mm,60min后的坍落度为218mm,损失很小,相应的抗压强度比达到147%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 聚羧酸系高性能减水剂的定义、作用及影响
• 1.1.1 聚羧酸系高性能减水剂的定义
• 1.1.2 聚羧酸系高性能减水剂的作用及其影响
• 1.2 聚羧酸高性能减水剂的发展所经历的几个阶段
• 1.2.1 国际上聚羧酸减水剂的发展历程时间备注表
• 1.2.2 中国聚羧酸系减水剂的发展历程时间备注表
• 1.3 聚羧酸系减水剂的研究应用的发展现状
• 1.3.1 目前国内的生产技术和聚合工艺现状
• 1.3.2 结构与性能关系和聚羧酸减水剂分子结构
• 1.3.3 聚羧酸系减水剂的作用机理浅析
• 1.3.4 聚羧酸系减水剂在现代工程中的应用
• 1.4 自由基聚合常见的几种合成方法
• 1.4.1 聚羧酸减水剂合成方法的分类
• 1.4.2 聚羧酸系减水剂的分类
• 1.4.3 聚羧酸系减水剂的聚合反应
• 1.5 本课题研究的内容、困难及解决的方案
• 1.5.1 聚羧酸系减水剂的原材料
• 1.5.2 国内技术力量相对薄弱
• 1.5.3 聚羧酸系减水剂与水泥的相容性
• 1.5.4 本课题解决问题的方案及创新点
• 第2章 马来酸酐-丙烯酸二甲氨基乙酯-甲基烯丙基磺酸钠三元共聚的合成工艺研究
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 主要实验原料与化学试剂
• 2.1.2 主要实验仪器
• 2.1.3 实验步骤
• 2.1.4 检测方法
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 不同加料方式对产品减水剂性能的影响
• 2.2.2 中和试剂对产品性能的影响
• 2.2.3 引发剂对产品性能的影响
• 2.2.4 反应温度对产品性能的影响
• 2.2.5 反应时间对产品性能的影响
• 2.2.6 三元共聚体系的最佳单体摩尔比的确定
• 2.3 本章小结
• 第3章 马来酸酐-烯丙基聚乙二醇醚-甲基烯丙基磺酸钠三元共聚的合成工艺研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 主要实验原料与化学试剂
• 3.1.2 主要实验仪器
• 3.1.3 实验步骤
• 3.1.4 检测方法
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 反应物浓度对聚羧酸系减水剂性能的影响
• 3.2.2 不同中和试剂对产品性能的影响
• 3.2.3 引发剂对产品性能的影响
• 3.2.4 反应温度对产品性能的影响
• 3.2.5 反应时间对产品性能的影响
• 3.2.6 三元共聚体系的最近单体摩尔比的确定
• 3.2.7 对合成聚羧酸减水剂的红外光谱的分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 马来酸酐-烯丙基聚乙二醇醚-苯乙烯磺酸钠三元共聚的合成工艺研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 主要实验原料与化学试剂
• 4.1.2 主要实验仪器
• 4.1.3 实验步骤
• 4.1.4 检测方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 对MA-XPEG（2）-SSS 三元共聚合减水剂和易性能的改善
• 4.2.2 红外谱图分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 聚羧酸减水剂的性能对比及对混凝土的适应性研究
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 主要实验原料与化学试剂
• 5.1.2 实验步骤
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 自制聚羧酸减水剂性能对比实验
• 5.2.2 MA-XPEG（2）-SSS 减水剂对混凝土性能的影响
• 5.3 MA-XPEG（2）-SSS 减水剂经济性能评价
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢