侧链末端接枝β-环糊精聚羧酸减水剂的合成与性能研究

来源 :中国建筑材料科学研究总院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qnmdmm
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聚羧酸减水剂(PCE)因具有掺量小、减水率高、分子结构可设计等优点已成为目前应用最广泛的化学外加剂。为了满足混凝土高性能化、原材料复杂化以及利用低品质原材料等需求,对PCE分子结构再设计以提升PCE分散性能、与其他原材料匹配性是目前国内外研究的热点方向。用高空间位阻官能团β-环糊精改性制备良好分散性能PCE的研究受到了越来越多的关注。但是由于β-环糊精分子含有多个反应位点,难以引入单烯烃双键,单体制备困难;已有的β-环糊精PCE分子结构相对单一固定,β-环糊精通常接枝在主链,还会明显延缓水泥早期水化,显示出较强的缓凝性能,限制了β-环糊精PCE进一步的发展。针对上述β-环糊精PCE研究的不足,本文以侧链作为改性位点引入高空间位阻官能团β-环糊精,制备兼具高减水、高抗泥和轻缓凝性能的新型β-环糊精聚羧酸减水剂,揭示β-环糊精接枝位点对减水剂性能和作用机理的影响。主要研究工作和成果如下:(1)通过点击化学反应实现了β-环糊精与聚醚大单体的结合,制备了叠加两者空间位阻的β-环糊精单体β-P,并采用核磁、红外手段确认了β-环糊精接枝在聚醚单体分子的末端。解决了β-环糊精因含有多个反应位点,难以引入单烯烃双键的难题。(2)通过β-环糊精单体β-P、丙烯酸AA和传统聚醚大单体的自由基聚合反应,制备了侧链末端接枝β-环糊精聚羧酸减水剂PAA-g-(β-P)nHPEG,核磁、红外和凝胶色谱确认了β-环糊精接枝在PCE的侧链末端,其分子结构区别于已有主链接枝β-环糊精的PCE。(3)PAA-g-(β-P)nHPEG通过引入β-环糊精延长了侧链长度,水动力学半径比传统聚羧酸减水剂增加了91%,提升了空间位阻效应;吸附试验显示蒙脱土对PAA-g-(β-P)nHPEG的饱和吸附量比对PAA-g-HPEG下降47%,β-环糊精降低了蒙脱土对PAA-g-(β-P)nHPEG的表面吸附和插层吸附,使得用于分散水泥颗粒的减水剂数量显著增加;因此PAA-g-(β-P)nHPEG显示出更好的分散性能、保坍性能、流变性能和抗泥性能。(4)合成了主链接枝β-环糊精的PCE,并与侧链末端接枝β-环糊精的PCE进行对比,发现β-环糊精的接枝位点显著影响PCE的性能和作用机理。水泥颗粒对主链接枝(β-M)30%-AA-HPEG的饱和吸附量比对侧链接枝PAA-g-(β-P)5%HPEG提高了16%;PAA-g-(β-P)5%HPEG的水动力学半径相比(β-M)30%-AA-HPEG增加了51%,两种接枝方式分别通过增加与水泥颗粒的相互作用以及空间位阻效应实现了PCE分散性能的提升。侧链末端接枝β-环糊精通过同时降低黏土的表面吸附和插层吸附实现了更佳的抗泥性能,通过减低在水泥颗粒表面吸附量、减少β-环糊精羟基与水泥水化溶出Ca2+的螯合作用实现了轻缓凝。
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