新型醚类聚羧酸超塑化剂的合成及性能研究

论文摘要

聚羧酸系超塑化剂是一种能显著改善混凝土和易性和显著减少其拌合水量的新型化学外加剂。它掺量低,减水率高,增强效果显著,坍落度经时损失低,是21世纪高性能混凝土超塑化剂的研究热点。论文对醚类聚羧酸超塑化剂的合成及性能研究进行了以下工作:1.研究了经Willianmson反应制备甲氧基聚氧乙烯基烯丙基醚的合成条件,获得了用不同聚合度聚氧乙烯单甲醚（MPEG,n=17、29、45）合成的不饱和大分子单体（MAPEG）。2.以自制的大分子单体MAPEG（n=17、29、45）、顺酐（MA）及烯丙基磺酸钠（SAS）为共聚合反应单体,过硫酸铵（APS）为引发剂,设计合成了新型醚类聚羧酸超塑化剂（PC）。研究了引发剂用量,聚合反应温度、聚合时间等反应条件对产物分散性的影响;研究了分子结构中侧链长度对分散性和分散稳定性的影响;用正交实验对合成工艺进行了优化。结果表明,在聚合温度88℃左右,聚合7h的条件下:（1）采用聚合度n=17的大分子单体,最佳反应条件为:nSAS:nMA:nMAPEG=2.0:4.0:2.5,引发剂用量为单体总质量的2%,掺加产物的水泥净浆流动度（水灰比W/C=0.29,掺量为0.3%,下同）为235mm。采用聚合度n=29的大分子单体,最佳反应条件为:nSAS:nMA:nMAPEG=1.0:3.5:1.0,引发剂用量为单体总质量的5%,掺加产物的水泥净浆流动度为248mm。采用聚合度n=45的大分子单体,最佳反应条件为:nSAS:nMA:nMAPEG=1.5:3.0:0.5,引发剂用量为单体总质量的7%,掺加产物的水泥净浆流动度为240mm。（2）将一定比例聚合度n=17和n=45的大分子单体混合后参与聚合反应,得到分子结构中含有不同侧链长度的产物,最佳单体配比:nSAS:nMA:nMAPEG（n=17:45）=2.5:3.5:1.0（1:3）,引发剂用量为单体总物质的量的5%,掺加聚合物的水泥净浆流动度达250mm。3.探索微波辐射法合成醚类聚羧酸超塑化剂,研究辐射功率和时间对共聚物结构和性能的影响。在单体配比为nSAS:nMA:nMAPEG（n=29）=1.0:3.5:1.0,引发剂用量为单体总质量5%时,采用辐射功率260W辐射6min,或辐射功率130W辐射8～10min,可获得掺加聚合物的水泥净浆流动度稳定在230mm左右的产物。4.用特性粘数、红外光谱对所合成醚类聚羧酸超塑化剂进行结构表征;测定了产物的表面张力及其在水泥—水体系中ζ电位,观测了硬化水泥和硬化混凝土的微观形貌,测定了掺加产物的新拌混凝土的减水率及硬化混凝土的抗压强度。结果表明:醚类超塑化剂的特性粘数在2.431×10-2dL·g-1～3.042×10-2dL·g-1范围内时,性能较好。相同实验条件下,微波辐射聚合产物特性粘数较小。分子结构中含有不同侧链长度的PC的ζ电位绝对值增大幅度比单一侧链聚合度PC大;掺加PC（n=17:45）0.3%时,混凝土减水率达23.7%,28天抗压强度比达到163%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 1 综述
• 1.1 概述
• 1.2 聚羧酸超塑化剂的国内外研究进展
• 1.2.1 聚羧酸超塑化剂的研究概况
• 1.2.2 聚羧酸超塑化剂分子结构设计和性能
• 1.2.3 聚羧酸超塑化剂的合成方法
• 1.2.4 聚羧酸超塑化剂的作用机理
• 1.3 微波技术在有机合成中的应用
• 1.3.1 微波化学及其发展
• 1.3.2 微波在高分子合成方面的应用
• 1.3.3 微波加速化学反应的机理
• 1.4 本课题的研究内容及技术路线
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 研究技术路线
• 1.4.3 本课题创新之处
• 1.5 本课题研究目的和意义
• 2 醚类聚羧酸超塑化剂的合成
• 2.1 药品和仪器
• 2.1.1 药品
• 2.1.2 仪器
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 超塑化剂的合成
• 2.2.2 超塑化剂分散性及分散稳定性测定
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 聚醚大分子单体合成实验条件的确定
• 2.3.2 聚合物合成实验条件确定
• 2.3.3 醚类聚羧酸超塑化剂的正交试验设计和结果讨论
• 2.3.4 不同侧链长度醚类聚羧酸超塑化剂的正交试验设计和结果讨论
• 2.4 结论
• 3 醚类聚羧酸超塑化剂的结构表征及性能研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 共聚物相对分子质量测定
• 3.1.2 红外光谱分析
• 3.1.3 共聚物性能测定
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 共聚物特性粘数对超塑化剂性能的影响
• 3.2.2 红外谱图分析
• 3.2.3 超塑化剂的ζ电位
• 3.2.4 超塑化剂表面张力
• 3.2.5 超塑化剂对硬化水泥微观结构的影响
• 3.2.6 超塑化剂在混凝土中的性能测定
• 3.3 结论
• 4 醚类聚羧酸超塑化剂微波辐射合成及性能
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 超塑化剂的合成
• 4.1.2 超塑化剂的结构及性能表征
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 微波辐射功率对超塑化剂分散性能的影响
• 4.2.2 微波辐射时间对超塑化剂分散性能的影响
• 4.2.3 微波辐射功率和时间对超塑化剂特性粘数的影响
• 4.2.4 红外谱图分析
• 4.2.5 常规加热与微波辐射合成超塑化剂性能比较
• 4.3 结论
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介