无溶剂法制备聚羧酸系减水剂

　　聚羧酸系减水剂是在20世纪80年代中期由日本开发的，90年代在混凝土工程中大量使用。截至1998年年底，日本聚羧酸系列产品已占到高性能减水剂产品总数的60%以上，近年来其使用量更是占到高性能减水剂的90%以上。目前，我国减水剂的品种主要是以萘系产品为主体，但聚羧酸系减水剂在我国发展极为迅速，其研发水平与生产水平均获得了很大的提高，已经建立了包括原材料供应体系的工业化生产体系。此外，聚羧酸系减水剂的复配技术也在不断发展、完善，产品正在从“贵族化”走向“平民化”。起初，在三峡工程中使用的国外进口的聚羧酸系减水剂售价高达约1.5万元/吨，而现在高速铁路用的聚羧酸系减水剂价格已经降低到4000~5000元/吨。近年来，聚羧酸系高性能减水剂在高速铁路、港口码头、水电大坝、市政工程等许多重点项目中得到广泛应用。随着国家相关政策的出台，对高性能混凝土的要求会更加严格，而聚羧酸系高性能减水剂凭借其优越的性能，将得到越来越多的重视和研究。

　　1.立项依据

　　现有的萘系、三聚氰胺系、氨基磺酸盐等减水剂已经难以满足实际混凝土工程、特别是高性能混凝土工程对减水剂的要求。聚羧酸系减水剂因其掺量低、减水率高、增强效果明显、混凝土拌和物坍落度损失低、与环境适应性好等特点，已成为国内外混凝土减水剂研究和开发的热点，并在各种重大工程中得到了广泛应用。目前，市场上聚羧酸系减水剂有较多国外产品，如德国的巴斯夫、美国的格雷斯、瑞士的西卡及日本的竹本油脂等。他们的产品已经成功应用于我国部分大型工程，如苏通大桥、杭州湾大桥、三峡大坝、上海磁悬浮列车等。国外产品虽然性能优异，但价格较贵，致使工程建设的成本提高，不利于国民经济的可持续发展。基于上述情况，山东宏艺科技股份有限公司与相关单位进行合作，对聚羧酸系减水剂的分子结构设计、大单体的制备、聚合工艺等进行深入的研究，研发出一种成本较低、性能较好、能适应混凝土高性能化发展，并能满足我国现代化建设需要的聚羧酸系减水剂。

　　2.研究的内容

　　无溶剂法制备聚羧酸系减水剂，就是在前人的工作基础上，用无溶剂法研究制备聚羧酸盐高效减水剂工艺。研究内容主要包括以下两点：

　　（1）无溶剂法制备活性大单体工艺。研究酸醇比例、催化剂种类及用量、阻聚剂种类及用量、反应温度、反应时间等对酯化率和活性大单体品质的影响。

　　（2）聚羧酸盐高效减水剂的聚合工艺。研究原料配比、聚合温度、聚合时间、搅拌速度等问题，找出最佳聚合工艺。

　　3.技术创新点

　　无溶剂法制备聚羧酸系减水剂项目，根据酯化反应和自由基聚合反应原理，选择最佳合成工艺路线制备了性能优异的聚羧酸系减水剂。其主要创新点是，根据减水剂的作用原理设计出合理的分子结构；对中间大单体的制备方法进行了简化处理；确定了在新工艺条件下的物料配比及生产工艺，并对聚合工艺进行了优化处理。

　　4.项目特色

　　无溶剂法制备聚羧酸系减水剂项目，专项用于制备聚羧酸系减水剂。该项目解决了现有工艺较为繁琐、反应过程中使用有毒性物质的难题，创新发明了无溶剂法制备聚羧酸系减水剂，简化了生产工艺，能够取得一定的经济效益和社会效益。

　　（1）工艺简便，成本降低。采用无溶剂法制备中间反应活性大单体，使反应物质不必经过分离提纯就可以直接进入下一步的聚合反应中。

　　（2）产品性能优异。采用本方法制备的产品，减水率在33%以上，能大幅度减少用水量。

　　（3）绿色环保无污染。现有文献表明，为了提高酯化产率，人们往往采用带水剂除去副产品水。常用的带水剂为甲苯，其使用过程中可能会部分泄漏，从而对环境和人体造成危害。本项目研究了甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯的无溶剂酯化工艺，避免了对环境和人体的危害。

　　5.取得的成果

　　无溶剂法制备聚羧酸系减水剂项目的主要成果是，利用无溶剂法成功制备了聚羧酸型混凝土超塑化剂的中间反应活性大单体———甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯，并利用该活性大单体制备出了聚羧酸型混凝土超塑化剂。此外，该项目还确定了中间大单体质量的检测方法，对实际生产有一定指导意义。该项目自主创新，工艺合理，节能减排效果显著，可以实现批量生产，具有显著的经济效益和社会效益及推广应用价值。

作者：赵洪义