無(wú)溶劑法制備聚羧酸系減水劑

　　聚羧酸系減水劑是在20世紀(jì)80年代中期由日本開發(fā)的，90年代在混凝土工程中大量使用。截至1998年年底，日本聚羧酸系列產(chǎn)品已占到高性能減水劑產(chǎn)品總數(shù)的60%以上，近年來(lái)其使用量更是占到高性能減水劑的90%以上。目前，我國(guó)減水劑的品種主要是以萘系產(chǎn)品為主體，但聚羧酸系減水劑在我國(guó)發(fā)展極為迅速，其研發(fā)水平與生產(chǎn)水平均獲得了很大的提高，已經(jīng)建立了包括原材料供應(yīng)體系的工業(yè)化生產(chǎn)體系。此外，聚羧酸系減水劑的復(fù)配技術(shù)也在不斷發(fā)展、完善，產(chǎn)品正在從“貴族化”走向“平民化”。起初，在三峽工程中使用的國(guó)外進(jìn)口的聚羧酸系減水劑售價(jià)高達(dá)約1.5萬(wàn)元/噸，而現(xiàn)在高速鐵路用的聚羧酸系減水劑價(jià)格已經(jīng)降低到4000~5000元/噸。近年來(lái)，聚羧酸系高性能減水劑在高速鐵路、港口碼頭、水電大壩、市政工程等許多重點(diǎn)項(xiàng)目中得到廣泛應(yīng)用。隨著國(guó)家相關(guān)政策的出臺(tái)，對(duì)高性能混凝土的要求會(huì)更加嚴(yán)格，而聚羧酸系高性能減水劑憑借其優(yōu)越的性能，將得到越來(lái)越多的重視和研究。

　　1.立項(xiàng)依據(jù)

　　現(xiàn)有的萘系、三聚氰胺系、氨基磺酸鹽等減水劑已經(jīng)難以滿足實(shí)際混凝土工程、特別是高性能混凝土工程對(duì)減水劑的要求。聚羧酸系減水劑因其摻量低、減水率高、增強(qiáng)效果明顯、混凝土拌和物坍落度損失低、與環(huán)境適應(yīng)性好等特點(diǎn)，已成為國(guó)內(nèi)外混凝土減水劑研究和開發(fā)的熱點(diǎn)，并在各種重大工程中得到了廣泛應(yīng)用。目前，市場(chǎng)上聚羧酸系減水劑有較多國(guó)外產(chǎn)品，如德國(guó)的巴斯夫、美國(guó)的格雷斯、瑞士的西卡及日本的竹本油脂等。他們的產(chǎn)品已經(jīng)成功應(yīng)用于我國(guó)部分大型工程，如蘇通大橋、杭州灣大橋、三峽大壩、上海磁懸浮列車等。國(guó)外產(chǎn)品雖然性能優(yōu)異，但價(jià)格較貴，致使工程建設(shè)的成本提高，不利于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展?；谏鲜銮闆r，山東宏藝科技股份有限公司與相關(guān)單位進(jìn)行合作，對(duì)聚羧酸系減水劑的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、大單體的制備、聚合工藝等進(jìn)行深入的研究，研發(fā)出一種成本較低、性能較好、能適應(yīng)混凝土高性能化發(fā)展，并能滿足我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)需要的聚羧酸系減水劑。

　　2.研究的內(nèi)容

　　無(wú)溶劑法制備聚羧酸系減水劑，就是在前人的工作基礎(chǔ)上，用無(wú)溶劑法研究制備聚羧酸鹽高效減水劑工藝。研究?jī)?nèi)容主要包括以下兩點(diǎn)：

　　（1）無(wú)溶劑法制備活性大單體工藝。研究酸醇比例、催化劑種類及用量、阻聚劑種類及用量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等對(duì)酯化率和活性大單體品質(zhì)的影響。

　?。?）聚羧酸鹽高效減水劑的聚合工藝。研究原料配比、聚合溫度、聚合時(shí)間、攪拌速度等問(wèn)題，找出最佳聚合工藝。

　　3.技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

　　無(wú)溶劑法制備聚羧酸系減水劑項(xiàng)目，根據(jù)酯化反應(yīng)和自由基聚合反應(yīng)原理，選擇最佳合成工藝路線制備了性能優(yōu)異的聚羧酸系減水劑。其主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)是，根據(jù)減水劑的作用原理設(shè)計(jì)出合理的分子結(jié)構(gòu)；對(duì)中間大單體的制備方法進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理；確定了在新工藝條件下的物料配比及生產(chǎn)工藝，并對(duì)聚合工藝進(jìn)行了優(yōu)化處理。

　　4.項(xiàng)目特色

　　無(wú)溶劑法制備聚羧酸系減水劑項(xiàng)目，專項(xiàng)用于制備聚羧酸系減水劑。該項(xiàng)目解決了現(xiàn)有工藝較為繁瑣、反應(yīng)過(guò)程中使用有毒性物質(zhì)的難題，創(chuàng)新發(fā)明了無(wú)溶劑法制備聚羧酸系減水劑，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝，能夠取得一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

　?。?）工藝簡(jiǎn)便，成本降低。采用無(wú)溶劑法制備中間反應(yīng)活性大單體，使反應(yīng)物質(zhì)不必經(jīng)過(guò)分離提純就可以直接進(jìn)入下一步的聚合反應(yīng)中。

　?。?）產(chǎn)品性能優(yōu)異。采用本方法制備的產(chǎn)品，減水率在33%以上，能大幅度減少用水量。

　?。?）綠色環(huán)保無(wú)污染?，F(xiàn)有文獻(xiàn)表明，為了提高酯化產(chǎn)率，人們往往采用帶水劑除去副產(chǎn)品水。常用的帶水劑為甲苯，其使用過(guò)程中可能會(huì)部分泄漏，從而對(duì)環(huán)境和人體造成危害。本項(xiàng)目研究了甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯的無(wú)溶劑酯化工藝，避免了對(duì)環(huán)境和人體的危害。

　　5.取得的成果

　　無(wú)溶劑法制備聚羧酸系減水劑項(xiàng)目的主要成果是，利用無(wú)溶劑法成功制備了聚羧酸型混凝土超塑化劑的中間反應(yīng)活性大單體———甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯，并利用該活性大單體制備出了聚羧酸型混凝土超塑化劑。此外，該項(xiàng)目還確定了中間大單體質(zhì)量的檢測(cè)方法，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)有一定指導(dǎo)意義。該項(xiàng)目自主創(chuàng)新，工藝合理，節(jié)能減排效果顯著，可以實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益及推廣應(yīng)用價(jià)值。

作者：趙洪義