聚羧酸减水剂(PCE)是目前应用和研究最广泛的混凝土外加剂,添加少量PCE可显著提高混凝土的流动性和泵送性,改善硬化混凝土的抗压、抗弯强度和耐久性。目前,PCE主要通过水溶液自由基聚合法制备,浓度在20 wt%～40 wt%之间。PCE溶液不利于包装和运输,尤其是当施工地点距离太远时运输成本会成倍增加。与此同时,PCE溶液不能用于干混砂浆和灌浆料等建材产品的生产。机械化学法是通过机械球磨等方式输入机械能来引发物质之间发生化学反应的合成方法,有无溶剂球磨法和液体辅助球磨法等。机械化学法可迅速、定量地促进反应物之间的化学反应,不需加入大量溶剂使反应物完全溶解,是一种绿色、便捷、快速的合成方法。本文采用机械化学法,使不饱和单体异戊烯基聚氧乙烯醚(IPEG)、丙烯酸(AA)、甲基丙烯磺酸钠(MAS)和引发剂过硫酸铵(APS)在球磨作用下发生自由基聚合反应合成PCE。分别采用无溶剂球磨法和液体辅助球磨法制得无溶剂球磨法聚羧酸减水剂(MPCE)和液体辅助球磨法聚羧酸减水剂(LMPCE)。FT-IR和1H-NMR结果表明,MPCE、LMPCE和传统水溶液自由基聚合法合成的聚羧酸减水剂(TPCE)具有相似的官能闭和分子结构。GPC分析结果表明MPCE和LMPCE的分子量小于 TPCE。MPCE和LMPCE的固含量可达到90 wt%以上,远高于TPCE。当掺量为0.25%,掺MPCE和LMPCE的水泥净浆流动度达到掺TPCE的水平,当掺量为0.3%,掺MPCE和LMPCE的水泥净浆流动度较掺TPCE的高。MPCE、LMPCE和TPCE均可降低水的表面张力。由于LMPCE加入微量水辅助球磨,LMPCE固含量略低于MPCE,分子量高于MPCE,单体转化率低于MPCE。采用机械化学法,改变原料酸醚比即AA与 IPEG的摩尔比2.0:1、2.5:1、3.5:1和 4.5:1,分别合成 MPCE-A 系列,MPCE-B 系列,MPCE-C 系列和 MPCE-D 系列。随着酸醚比的增大,反应的单体转化率增大,MPCE的分子量逐渐增大。水泥净浆流动度测试结果表明,当酸醚比为2.5:1时,MPCE-B的分散性能最好。当酸醚比为3.5:1和4.5:1时,MPCE-C和MPCE-D的分散性能较MPCE-B差,主要是因为羧酸根密度增大导致MPCE侧链密度降低,降低了对水泥颗粒的空间位阻作用。1H-NMR分析结果表明,MPCEA～D系列实际摩尔比均大于投料酸醚比,主要因为AA的活性远高于IPEG,更容易参与聚合反应。采用机械化学法,改变反应时间即球磨时间10 min、20 min、30 min、40 min,50 min、60min,分别合成MPCE 10～60系列。随着反应时间延长,MPCE的分子量和聚合度减小。这是由于反应时间延长,体系温度升高,APS引发剂分解速率增大,由于反应体系中局部自由基浓度较点,聚合反应整体较为剧烈,导致产物分子量下降;另外由于反应时间增长,机械力对分子产生的剪切作用,导致已聚合的MPCE大分子发生链断裂。通过流变学性能测试,随着球磨时间延长,水泥净浆初始粘度逐渐减小,新拌和水泥净浆都有随着剪切速率增大而变稀的现象,主要因为剪切过程破坏了水泥水化形成的稳定的絮凝状态,使水泥中的水被释放出来。机械化学法可快速、便捷地制备高浓度聚羧酸减水剂,扩大了其应用范围,为混凝土外加剂的可持续发展提供了新的思路。同时,丰富了机械化学、有机合成和化学建材的交叉学科。