聚羧酸Y型大单体及其混凝土减水剂的合成研究

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聚羧酸减水剂具有低掺量、高减水率、高分散性、高保坍性和分子结构可设计性强等优点,被广泛应用于混凝土建材中。随着混凝土行业的发展,为了提高混凝土的性能,开发新的聚羧酸减水剂具有重要意义。目前应用的聚羧酸大多是线性侧链的结构,虽然该类结构有着分散性好、保坍性强等优势,但是存在被跨国企业发明专利“卡脖子”和分散性能难以进一步提升等局限。因此,本文通过分子结构设计合成了一种Y型结构大单体(Y-PEG),深入研究了其合成工艺和优化参数,初步探索了基于该大单体的Y型侧链聚羧酸减水剂(Y-PCE)的合成。首先以甲基烯丙基聚氧乙烯醚(HPEG)和丙三酸(TA)为原料通过第一步酯化反应合成得到Y型中间体(m Y-PEG),探究了反应时间、反应温度、催化剂用量和反应物用量等因素对Y型中间体酯化产率的影响。得到了该酯化反应的优化条件:反应温度115℃,反应时间6 h,n(TA)/n(HPEG)=3,催化剂用量为反应物质量的2%。在优化条件下,Y型中间体的酯化产率可以达到89.3%。以水和二氯甲烷作为溶剂和萃取剂对Y型中间体进行分离提纯,除去了Y型中间体中的丙三酸,再用反萃取除去Y型中间体中含有的少量二氯甲烷,得到了提纯后的Y型中间体。在合成得到Y型中间体的基础上,以Y型中间体和甲氧基聚乙二醇(MPEG)为原料,通过第二步酯化反应合成得到Y型结构大单体。用核磁共振氢谱等手段对Y型大单体进行表征,证明了Y型大单体的成功合成。为了提高Y型大单体的聚合反应活性,实验探究了阻聚剂用量、种类和酯化反应时间等因素对Y型大单体双键含量的影响。用N2保护反应体系,防止酯化过程氧气对大单体双键的氧化,解决了Y型大单体的双键活性问题。进一步以Y型大单体、丙烯酸(AA)、甲基丙烯磺酸钠(MAS)为原料合成了Y型侧链聚羧酸减水剂,探究了单体配比、链转移剂用量、引发剂用量和反应温度对产品分散性能的影响。得到了Y型侧链聚羧酸减水剂合成的优化工艺条件:反应温度为80℃,n(AA)/n(Y-PEG)=5,n(MAS)/n(Y-PEG)=1,引发剂用量为单体总质量的2%。在优化条件下,所合成的Y型侧链聚羧酸减水剂具有一定的分散性能。通过分子结构设计合成了Y型结构大单体和基于其的Y型侧链聚羧酸减水剂,该聚羧酸的性能尚未达到商品聚羧酸高性能减水剂的水平,还需要进一步改进合成工艺和优化分子结构,但是上述研究结果可为设计新型结构的聚羧酸分子、提高聚羧酸减水剂的性能提供启发和理论指导。
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