聚羧酸母液制作过程中的注意事项

万建成，戚宝琳，姜常青，李艳芳

（1. 威海市环翠区城市发展投资有限公司，山东 威海 264200；2. 威海市环翠区青丽建材有限公司， 山东 威海 264203；3. 威海市银鹏混凝土有限公司，山东 威海 264209）

0 引言

近年来，由于聚羧酸系高性能减水剂是一种新型、绿色环保的外加剂，与传统的萘系、脂肪族等减水剂相比，具有减水率高、流动性好、分散性强、混凝土坍落度经时损失小、与水泥适应性好等技术特点，促进了混凝土的各种优异性能。在商品混凝土使用过程中被广泛认可，现在已经成为混凝土应用的一种趋势。聚羧酸减水剂的常温合成工艺具有绿色环保、节能降耗、工艺简单、提高效率等优势，符合建材行业的总体经济和社会发展趋势。但是我们在常温合成聚羧酸工艺实际生产制作的过程中必须要注意一些具体的过程控制细节，促进生产效率，逐步提高产品质量。

1 制备原理

聚羧酸盐高性能减水剂的分子结构呈梳型，带有磺酸基（-SO3H）、羧基（-COOH）、氨基（-NH2）、羟基（-OH）以及有聚氧乙烯侧链（-(CH2CH2O)m-R）等极性较强的基团，主要通过吸附、分散、润湿、润滑等表面活性作用，提高水泥颗粒的流动性、分散性、减少水泥颗粒间摩擦阻力、降低水泥颗粒与水界面的自由能，从而使预拌混凝土达到减水和保坍等各项综合性能。

聚羧酸减水剂常温合成是采用水溶性氧化—还原引发体系，先加底水和单体，引发剂的加入方式选择一次性加入底料中。通过氧化—还原体系降低了引发剂分解成自由基的活化能，加快引发剂的分解，从而实现低温条件下的自由基聚合反应，同时加快了聚合速度。

2 注意事项

2.1 生产前准备

水电供应正常，检查管路、线路、自动控制器等生产工序，反应釜冲洗干净，各类原料备齐，按照配方做好投料顺序。

2.2 生产人员注意防护

工作和贮存场所要具有良好的通风环境。主要原料部分有刺激性、腐蚀性，比如丙烯酸对皮肤、眼睛和呼吸道有强烈刺激，可致人灼伤；巯基丙酸有强烈的硫化氢气味，吸入或经皮肤吸收后对身体有害。所以生产时佩戴口罩、胶皮手套、袖套等防护措施。

2.3 生产过程控制

投入单体前，先加入底水，建议底水温度尽量高一些，控制在 20～30℃，单体溶解速度和各项反应受底水温度影响较大。

A、B 料加水稀释时，软化水量根据滴加罐容积和习惯调整。A 料以丙烯酸浓度 50% 为宜，如加丙烯酸羟乙酯、封端酰胺磷酸酯等，适当增加软化水量使有效物料的浓度在 60%～80%；B 料总量稍多于 A 料总量有利于均匀滴加。

A、B 料滴加完后，保温 1 小时，使反应继续进行，达到充分反应。

2.4 关于 pH 值控制

中和反应：将聚合物降温后，加入片碱时要缓慢均匀下料，不能一次性倒入，防止液碱喷溅到身上，边搅拌边加入，调节 pH 值控制在 6～7。pH 值在 6～7 范围内聚羧酸母液效果较好，当 pH 值低于 4 或者高于 9 时，其净浆流动度、混凝土坍落度下降。

2.5 合成母液 A、B 液采用滴加的方式

生产过程中，配制滴加料 A、B 液放入储料罐中，采用双滴加的方式加入反应釜中，主要目的是控制合成反应速度，加入过快，造成自由基聚合反应不完全。A 料中丙烯酸加入过快，侧链压缩，卷曲程度大，空间位阻效应减弱，从而导致分散性也下降。B 料中还原剂加入与底料中的氧化剂比例失调，以及链转移剂加入过快，直接影响到母液的分子质量和分散性能。

2.6 反应温度对母液分散性的影响

考虑到夏天温度较高，原料容易爆聚，上限温度设置 40℃；冬天室温较低时原料容易结冰等因素，下线温度设置 20℃。温度过低，所合成的聚羧酸母液分散性明显偏差；温度过高引发剂的引发速率增大，会使自由基聚合反应速度加大，容易出现爆聚的现象，反应无法继续进行。因此，综合考虑产品的质量波动，结合季节性温度的变化影响，温度低时启动电热管加热，温度高时开启冷却循环水降温，初始温度控制在 25℃ 为宜。

2.7 合成母液单体的选择

由于现在原材料短缺，一些低质量的砂石原料进入市场，砂、石子的含泥量普遍超标，造成混凝土的坍落度损失增大。现在外加剂市场普遍使用减水型和保坍型两种母液，根据原材料质量的不同，对预拌混凝土的坍落度损失进行调整。减水型母液一般使用 HPEG（C4 单体），而保坍型母液有使用 HPEG（C4 单体）或 TPEG（C5 单体），为此确定单体的种类进行了对比试验，试验结果见表 1。

表1 水泥净浆流动度试验结果

针对现应用配方对比情况，HPEG 和 TPEG 两种单体水泥净浆流动度相差不大，HPEG 单体前期效果稍好一些，TPEG 单体后期效果稍好一些。

2.8 单体浓度对母液分散性的影响

采用 1000L 反应釜为基准，固定单体 330g，分别加入不同质量的软化水进行溶解，对产品分散性能产生不同的影响，试验结果见表 2。

由表 2 可见，软化水用量 220g（单体浓度小于 60%）以上，提高用水量，对母液分散性影响较小，但软化水用量小于 220g，母液分散性下降。

表2 水泥净浆流动度试验结果

2.9 确定最佳的生产工艺配方

通过小试调整不同的原材料组合、最佳酸醚比、氧化剂用量、酯醚比、还原剂用量、链转移剂用量、不同反应温度等条件来不断优化生产工艺配方，提高聚羧酸母液各项性能指标。

2.10 聚羧酸母液生产过程中要用去离子水

在实际生产应用过程中，为了节约投资、方便，不少厂家用自来水代替去离子水。严格意义上我们要用去离子水（导电率≤10μS/cm），而饮用水一般超过 500μS/cm，并且存在大量的金属离子，通常包括常见的钙、镁、二价及三价铁离子，还有一些不常见的惰性金属离子。聚羧酸自由基聚合反应要保持自由基的活性，这些金属离子与自由基结合产生阻聚作用，产生絮凝状凝胶体，从而导致合成的聚羧酸减水剂母液出现黏度增大且分散性降低的质量问题。

2.11 聚羧酸减水剂的储存方式

目前，市场上主要生产的母液有综合性、减水型、保坍型、特殊工艺型（主要是针对机制砂和易性差采用 C6 单体合成的母液），针对不同的需求复配时采用不同的母液，所以要分类储存。储存时现在普遍采用 LLDPE 原料生产的 PE 材质的塑料储罐，该材质的 PE 储罐可兼具耐撞击、抗强震、不易老化、不易长水藻、易清洗等多项特质，同时价格也低廉，很适合减水剂的储存。不可以用金属材质的储罐来存储，避免开口处与外界直接接触。

3 结语

聚羧酸减水剂具有独特的“梳状” 或“接枝状”分子结构，赋予了更多的优异性能，而且聚羧酸减水剂可以通过分子结构设计，比如调整主链和侧链长度、侧链在主链上的密度、增加一些官能团来达到保坍性等不断改善和优化聚羧酸减水剂的品质。我们在实际生产中，同时也要强化过程控制的具体细节，严格规范生产，通过科学试验做到节约、合理、优质。

针对现在市场材料紧缺，普遍质量偏差的情况，以及对特殊混凝土要求的差异性，聚羧酸减水剂合成还要不断向多元化发展，比如早强型母液、降粘性母液、保水型母液、抗泥保坍型母液、低敏感高适应型母液，从而不断促进预拌混凝土的综合发展。