含有超支化聚胺—酯结构的聚羧酸系减水剂的合成及其性能研究

摘要

聚羧酸系减水剂用量少，减水率高，性能优异，是新一代的高性能减水剂。而且其分子结构具有可设计性，是未来减水剂发展的重要方向。超支化聚合物是具有空间三维立体结构的大分子，具有粘度低，反应活性高等优点，可应用于许多专业领域。
　　本论文首先通过丙烯酸甲酯与二乙醇胺的迈克尔加成反应制备了AB2型增长单体，通过调整其与核分子的摩尔比，合成了不同代数的端羟基超支化聚胺-酯（HPAE）;使用红外光谱、元素分析、羟值测试等对AB2型单体和HPAE进行结构表征，表明我们成功合成了预期结构的超支化聚胺-酯。然后利用丁二酸酐进行接枝改性，将末端基团羟基成功改性为羧基;对端基改性实验条件进行优化，当催化剂用量为4.0％，酸醇比为1.2∶1时，反应的酯化率达到94.8％，双键剩余率为82.5％。在引发剂作用下，在水溶液中与丙烯酸(AA)、甲基丙烯磺酸钠(MAS)、甲基烯丙基聚氧乙烯醚等不饱和单体发生自由基共聚反应，制备了含有超支化聚胺-酯结构的聚羧酸系减水剂(HPC)，讨论了单体配比、HP代数、引发剂用量、反应温度和时间对减水剂分散性能的影响。结果表明当单体摩尔配比HP-G2∶ AA∶ MAS∶ TPEG2400=0.75∶3.5∶0.75∶1.5，引发剂APS用量为3.0％，反应温度为90℃，反应时间为4h时，得到的减水剂具有最佳的分散性能。不同掺量下的水泥净浆流动度测试表明，HPC的饱和掺加量为0.5％。
　　本论文测试了不同浓度HPC水溶液的表面张力，HPC在水泥颗粒上的表观吸附量，以及吸附不同浓度HPC的水泥粒子表面的zeta电位值，并以此对HPC的作用机理进行初步推测或验证。结果表明，HPC能明显降低水溶液的表面张力;在水泥颗粒表面具有较高吸附量，且对水泥颗粒表面的电荷分布产生一定的影响。分析认为，HPC的主要作用机理是空间位阻效应，即羧基和磺酸基等极性基团吸附在水泥颗粒表面，长的聚氧乙烯基侧链伸向水中提供空间位阻效应，从而有效防止相邻水泥颗粒间的团聚现象，提高分散性能。超支化结构的存在使水泥颗粒和HPC间的吸附作用更加牢固稳定，从而表现出更加优异的分散性和分散稳定性。
　　将合成的HPC应用于水泥砂浆和混凝土中。结果表明，HPC具有较高的减水率;掺加HPC的砂浆试件的抗压强度和抗折强度显著提高，而且HPC能够起到一定的减缩防裂效果。另外，掺加HPC的混凝土表现出良好的缓凝性能，满足了商品混凝土远距离运输和泵送需求;同时，HPC能够显著增强混凝土的抗压强度。通过测试掺加HPC和其他类型减水剂的不同水泥的净浆流动度经时损失率表明，HPC对不同水泥的适应性较好，基本能够满足不同工地的施工需求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 减水剂概述

1．3 聚羧酸系减水剂(PC)

1．3．1 分子结构与设计

1．3．2 作用机理

1．3．3 合成方法

1．3．4 国内外研究进展与现状

1．4 超支化聚合物(HP)

1．4．1 结构与性能

1．4．2 应用领域

1．4．3 制备方法

1．5 含有超支化聚胺-酯结构的聚羧酸系减水剂(HPC)

1．6 本论文的研究内容与意义

1．7 本论文的创新点

第二章 HPAE的合成、改性与表征

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 原料及仪器

2．2．2 HAPE的合成与改性

2．2．3 表征与测试方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 红外谱图

2．3．2 元素分析

2．3．3 羟值测试

2．3．4 端基改性条件的优化

2．4 本章小结

第三章 HPC的合成、表征与测试

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 原料及仪器

3．2．2 新型减水剂的分子结构设计

3．2．3 HPC的合成工艺

3．2．4 表征与测试方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 红外谱图

3．3．2 HP代数及用量对分散性能的影响

3．3．3 MAS用量对分散性能的影响

3．3．4 侧链长度和密度对分散性能的影响

3．3．5 APS用量对分散性能的影响

3．3．6 反应温度和时间对分散性能的影响

3．3．7 HPC的饱和掺量

3．4 本章小结

第四章 HPC减水机理的初步探讨

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 原料及仪器

4．2．2 测试方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 表面张力

4．3．2 zeta电位

4．3．3 表观吸附量

4．3．4 HPC减水机理的推测

4．4 本章小结

第五章 HPC在混凝土中的性能研究

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 原料及仪器

5．2．2 性能测试方法

5．3 结果与讨论

5．3．1 HPC对砂浆力学性能的影响

5．3．2 HPC对砂浆干缩性能的影响

5．3．3 HPC对混凝土凝结时间的影响

5．3．4 HPC对混凝土力学性能的影响

5．3．5 HPC对不同水泥的适应性

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

参考文献

致谢

附录

一、在校期间发表的学术论文

二、在校期间获奖情况