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超支化聚（胺—酯）为核的星型聚羧酸系减水剂的合成及性能研究

作　者: 徐磊
导　师: 寿崇琦
学　校: 济南大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 超支化减水剂表观吸附量机理性能
分类号: TU528.042.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本论文利用乙醇胺与丙烯酸甲酯通过迈克尔加成反应生成N-羟乙基-3-胺基-N,N-二丙酸甲酯单体,丙二酸与上述单体通过酯化反应、酯交换反应分别生成第一代与第二代的酯端基超支化聚(胺-酯),酯端基超支化聚(胺-酯)与2-溴乙醇再次通过酯交换反应生成ATRP的大分子引发剂也称中心核溴端基超支化聚(胺-酯()简称HPE)。利用原子转移自由基聚合,以溴化亚铜及2’2联吡啶作为催化剂和配位剂,丙烯酸及单烯丙基聚乙二醇甲基醚为单体,二次水为溶剂,分步进行聚合反应,在上述合成的中心核上接枝梳型链,合成超支化星型聚羧酸系减水剂(Hyperbranched-star type Polycarboxylate Superplasticizers,简称HPC)。HPC将多条普通聚羧酸系减水剂分子接枝在一个大分子上,形成星型发散状的结构,既增加了减水剂与水泥颗粒的接触面积,提高了减水剂和水泥颗粒之间的键合力,也大大提高了减水剂的位阻效应,使水泥颗粒具有更好的分散性,防止水泥颗粒的团聚,这是对现有聚羧酸系减水剂结构的一次突破。本论文利用正交试验优化实验方案,对溴端基超支化聚(胺-酯)的最佳合成条件进行了探讨,并以普通硅酸盐水泥(Ordinary Portland Cement,简写为OPC)的初始净浆流动度为评价指标,得出了HPC合成的最佳工艺条件。得到的最佳实验条件为:合成溴端基溴端基的超支化聚(胺-酯)时,对甲苯磺酸用量为5%,反应时间是7h,反应温度为110℃。合成超支化星型聚羧酸系减水剂时,两种单体的最优比为n(AA):n(CPEG) = 3.5:1.0,单烯丙基聚乙二醇甲基醚的聚合度n = 27。使用红外光谱(IR)和核磁光谱(1~HNMR)元素分析以及表面张力等手段对所得的N-羟乙基-3-胺基-N,N-二丙酸甲酯单体、酯端基超支化聚(胺-酯)以及超支化星型聚羧酸减水剂进行了结构表征,结果表明成功合成了HPC。本论文分别使用了OPC和硫铝酸盐水泥(Sulpho-Aluminate Cement,简写为SAC)两种常用水泥,探讨了单烯丙基聚乙二醇甲基醚含量及其聚合度对HPC性能的影响。对HPC在OPC和SAC中的吸附量和Zeta电位进行了测试,以探讨HPC在两种水泥中的作用机理。结果表明:吸附在水泥颗粒表面的减水剂分子提供的空间位阻作用是该种超支化星型减水剂HPC的主要作用机理。为进一步评价合成出的产品HPC的性能,对一种阴离子型商用混凝土减水剂也做了力学性能及吸附量的测试,结果表明:HPC在OPC及SAC中的减水率、净浆流动度、表观吸附量及力学性能等均要大于商用减水剂。

全文目录

摘要  9-11
Abstract  11-13
第一章绪论  13-25
  1.1 引言  13
  1.2 减水剂的概述  13-15
    1.2.1 普通减水剂  14
    1.2.2 高效减水剂  14-15
  1.3 聚羧酸系高效减水剂  15-18
    1.3.1 聚羧酸系高效减水剂的结构  16-17
    1.3.2 聚羧酸系高效减水剂的作用机理  17-18
  1.4 超支化聚合物  18-21
    1.4.1 超支化聚合物的特点  19
    1.4.2 超支化星型聚合物  19-20
    1.4.3 超支化星型聚合物的制备  20-21
  1.5 原子转移自由基聚合  21-22
    1.5.1 ATRP 的特点  21
    1.5.2 ATRP 的研究进展  21-22
  1.6 以超支化为核的星型聚羧酸高效减水剂  22-23
  1.7 国内外研究现状  23-24
  1.8 主要研究内容  24-25
第二章超支化星型聚羧酸减水剂的合成与测试方法  25-41
  2.1 实验原材料  25-26
  2.2 实验仪器设备  26
  2.3 超支化星型聚羧酸减水剂的分子结构设计  26-27
  2.4 超支化星型聚羧酸减水剂的合成工艺  27-31
  2.5 减水剂性能测试方法  31-41
    2.5.1 红外光谱测试  31
    2.5.2 核磁谱图测试  31
    2.5.3 分子量的测试  31
    2.5.4 表面张力测试  31-32
    2.5.5 Zeta 电位测试  32
    2.5.6 表观吸附量的测试  32-35
    2.5.7 水泥净浆流动度及流动保持性的测试  35-36
    2.5.8 砂浆流动度及流动保持性的测试  36
    2.5.9 砂浆减水率的测试  36-37
    2.5.10 砂浆力学性能的测试  37
    2.5.11 混凝土坍落度的测试  37-38
    2.5.12 混凝土减水率的测试  38
    2.5.13 混凝土力学性能的测试  38-41
第三章超支化星型聚羧酸减水剂结构表征与合成工艺探讨  41-51
  3.1 N-羟乙基-3-胺基-N,N-二丙酸甲酯  41-42
    3.1.1 红外谱图表征  41-42
    3.1.2 1~HNMR 谱图表征  42
  3.2 酯端基超支化聚（胺-酯）  42-44
    3.2.1 红外谱图表征  42-43
    3.2.2 元素分析  43-44
  3.3 溴端基超支化聚(胺-酯)  44-46
    3.3.1 实验条件的优化  44-45
    3.3.2 红外光谱表征  45-46
  3.4 超支化聚(胺-酯)为核的星型聚羧酸系减水剂  46-49
    3.4.1 单体配比的优选  46-47
    3.4.2 分子量及分子量分布的测试  47
    3.4.3 核磁谱图表征  47-48
    3.4.4 中心核代数的影响  48-49
  3.5 HPC 表面张力的测试  49-51
第四章 HPC 在OPC 中的性能研究  51-61
  4.1 HPC 对OPC 的分散性及分散保持性的影响  51
  4.2 CPEG 含量对HPC 性能的影响  51-54
    4.2.1 CPEG 含量对HPC 分散性及分散保持性的影响  52-53
    4.2.2 CPEG 含量对HPC 表观吸附量的影响  53-54
  4.3 CPEG 聚合度对HPC 性能的影响  54-55
    4.3.1 CPEG 聚合度对HPC 分散性及分散保持性的影响  54-55
    4.3.2 CPEG 聚合度对HPC 表观吸附量的影响  55
  4.4 CPEG 聚合度对Zeta 电位的影响  55-57
  4.5 HPC 与ZBZD 的比较  57-61
    4.5.1 HPC 与ZBZD 砂浆性能  57-58
    4.5.2 HPC 与ZBZD 混凝土性能  58-61
第五章 HPC 在SAC 中的性能研究  61-73
  5.1 硫铝酸盐水泥概述  61
  5.2 HPC 在SAC 中的性能  61-68
    5.2.1 HPC 对SAC 的分散性及分散保持性的影响  61-62
    5.2.2 CPEG 含量对HPC 性能的影响  62-64
    5.2.3 CPEG 聚合度对HPC 性能的影响  64-68
  5.3 HPC 与ZBZD 的比较  68-71
    5.3.1 HPC 与ZBZD 表观吸附量  68-69
    5.3.2 HPC 与ZBZD 砂浆性能  69-70
    5.3.3 HPC 与ZBZD 混凝土性能  70-71
  5.4 HPC 在水泥中分散机理的推测  71-73
第六章结论  73-75
参考文献  75-83
致谢  83-85
附录  85-86
  一、在校期间发表的学术论文  85-86
  二、在校期间参加的项目  86

超支化聚（胺—酯）为核的星型聚羧酸系减水剂的合成及性能研究

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