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摘要：聚羧酸高性能减水剂具有极好的减水增强性能，较好的保坍性能，较低的收缩率.本文通过对聚羧酸系高效减水剂的作用机理，合成方法、存在的问题做了讨论，对今后聚羧酸减水剂的研究应用进行了思考与展望。
关键词：聚羧酸减水剂；作用原理；合成方法；应用
中图分类号：TU528.042.2文献标识码： A 文章编号：
0 前言
在交通建设大规模发展的今天 ,混凝土的大量应用 ,为外加剂的研制开发提供了广阔的空间。如何寻求一种质量稳定可靠、 经济效益显著的外加剂 ,对承包单位来说 ,显得尤为重要。因此 ,混凝土外加剂研发的第三代产物 — 聚羧酸类高性能减水剂[1]的使用已成为一种必然。
聚羧酸系高性能减水剂有很多特点：1.在合成工艺上，聚羧酸系高性能减水剂采用不饱和单体共聚合成而不是传统减水剂使用的缩聚合成，合成原料非常多，通常有聚乙二醇、（甲基）丙烯酸、烯丙醇聚氧乙烯醚等。在分子结构上，聚羧酸系高性能减水剂的分子结构是线形梳状结构，而不是传统减水剂单一的线形结构。该类减水剂主链上聚合有多种不同的活性基团，如羧酸基团（—COOH）、羟基基团（—OH）、磺酸基（—SO3Na）等，可以产生静电斥力效应；其侧链带有亲水性的非极性活性基团，具有较高的空间位阻效应。由于其广泛的原料来源，独特的分子结构，故而具有前两代减水剂不可比拟的优点，加上在合成过程中不使用甲醛，属绿色环保产品，因此，已成为混凝土外加剂研究领域的重点和热点之一。 1作用机理
减水剂有效地减少了混凝土的坍落度损失，改善混凝土的工作度，提高流动性，在高性能混凝土中发挥重要的作用只是至今为止仍旧没有一个完美的理论来解释高效减水剂的作用机理，但有几个理论为大家普遍认同。
1.1静电斥力作用
减水剂加入到新拌混凝土中，其中的负离子会在水泥粒子的正电荷的作用下定向吸附在水泥颗粒表面，形成扩散双电层的离子分布，使得水泥颗粒表面带上电性相同的电荷，产生静电斥力，使水泥颗粒絮凝结构解体，颗粒相互分散，释放出包裹于絮团中的自由水，从而有效地增大拌合物的流动性。随着水泥的进一步水化，电性被中和，静电斥力随之降低，范德华力的作用变成主导，水泥浆又开始凝聚。
1.2空间位阻作用
减水剂吸附在水泥颗粒表面，在水泥颗粒表面形成一层具有一定厚度的聚合物加强水化膜，水化膜层的强度取决于聚合物的亲水能力和亲水侧链的长度和亲水基团的浓度。当水泥颗粒靠近吸附层开始重叠，即在颗粒之间产生斥力作用，重叠越多斥力越大。这种由于聚合物吸附层靠近重叠而产生的阻止水泥颗粒接近的机械分离作用力，称为空间位阻斥力。聚羧酸系减水剂吸附在水泥颗粒表面，虽然静电斥力较小，但是由于其主链与水泥颗粒表面相连，支链则延伸进入液相形成较厚的聚合物分子吸附层，从而具有较大的空间位阻斥力，所以在掺量较小的情况下便对水泥颗粒具有显著的分散作用。
1.3润滑作用
高效减水剂的极性亲水基团定向吸附于水泥颗粒表面，多以氢键形式与水分子缔合，再加上水分子之间的氢键缔合，构成了水泥微粒表面的一层稳定的水膜，水膜阻止水泥颗粒间的直接接触，增加了水泥颗粒间的滑动能力，起到润滑作用，从而进一步提高浆体的流动性。
2合成方法
2.l大单体直接共聚法:
大单体直接共聚是先制备具有活性的大单体(一般是甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯) ，再聚合一定配比的单体(如丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯磺酸钠等)，采用溶液共聚的手段得到成品，即先酯化在聚合。该方法合成减水剂分子结构的可设计性好，可根据实际需要进行结构调整，产品质量稳定，目前很多聚羧酸的生产都采用此方法。但缺点是生产甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯大单体存在酯化控制难度，大单体酯化率和质量就直接影响了后续的共聚反应程度。同时中间分离纯化过程比较繁琐，生产成本较大。
2.2聚合后功能化法
聚合后功能化法是利用现有的聚合物进行改性，采用已知分子量的聚羧酸在催化剂和较高温度下聚醚通过酯化反应进行接枝。但现成的聚羧酸产品种类和规格有限，调整组成和分子量困难；同时聚羧酸和聚醚适应性不好，酯化实际操作困难，另外，随着酯化的不断进行，水分不断逸出，会出现相分离，如果能找到一种与聚羧酸相溶性好的聚醚这些问题也可迎刃而解，但可信的是目前还未能找到这种聚醚。
2.3原位聚合与接枝法
原位聚合与接枝是避免聚羧酸与聚醚相溶性不好的问题，该方法是以羧酸类不饱和单体(如丙烯酸、聚乙二醇等)为反应介质，集聚合和酯化于一体，这种方法工艺简单，生产成本低，同时可以控制聚合物的分子量。但缺点是聚羧酸的主链一般只能选择含羧基（一C00H）基团的单体，否则接枝难度大；在反应体系中有大量的水存在且这种接枝反应是个可逆平衡反应，所以聚合度不会很高且难以控制，分子设计比较困难。
3對今后聚羧酸减水剂研究的思考和展望：
聚羧酸系减水剂的优点明确但缺点也不容忽视，要使聚羧酸减水剂能大量有效应用到实际工程中就要从下方面进行深入的探讨和研究:
(1) 具有聚合活性的聚氧乙烯(或丙烯)类大单体的合成技术研究，特别是不同分子量聚氧乙烯的封端集团，封端方法和检测技术。研究新的大单体，提高大单体的酯化率等。
(2)优化聚羧酸减水剂的聚合工艺，在减低成本和环保的基础上不断优化和开发新的合成工艺，将诸多实验室的科研成果能真正应用到实际工程中
(3)解决聚羧酸系高性能减水剂制备的混凝土的工作性能，开发具有综合性能良好的的新一代外加剂，减水剂可使混凝土高强度、高保坍和降低混凝土收缩等优点；聚羧酸系高性能减水剂与传统减水剂，缓凝剂的协同效应研究；聚羧酸系高性能减水剂与不同水泥的适应性；与聚羧酸系减水剂的引气问题，与集料中含有的泥的吸附问题等。
总结
科技工作者将更加注重聚羧酸系高性能减水剂的研究和应用, 将更多地从混凝土的强度、 工作性、 耐久性、 价格等方面综合考虑。随着合成与表征聚合物减水剂及其化学结构与性能关系的研究不断深入,从分子设计角度出发, 将开发出满足多种需要, 具有更高减水率和保坍性能的减水剂,促进我国混凝土材料向高技术方向发展。
参考文献：
[1]王立久. 聚羧酸系高性能减水剂的研究现状与展望[ J] . 材料导报, 2003, 17( 2) : 43 -45.
[2]毛建. 聚羧酸系高性能减水剂的研究现状与发展[ J] . 国外建材科技, 2005, 26( 1) : 4- 6.
[ 3]周志威. 聚羧酸系高效减水剂的研究进展[ J] . 化学建材, 2006, 22( 4) : 34 -38.
赵静，女，（1986-）长安大学材料学院在校研究生 研究方向：水泥混凝土外加剂。
关键词：聚羧酸减水剂；作用原理；合成方法；应用
中图分类号：TU528.042.2文献标识码： A 文章编号：
0 前言
在交通建设大规模发展的今天 ,混凝土的大量应用 ,为外加剂的研制开发提供了广阔的空间。如何寻求一种质量稳定可靠、 经济效益显著的外加剂 ,对承包单位来说 ,显得尤为重要。因此 ,混凝土外加剂研发的第三代产物 — 聚羧酸类高性能减水剂[1]的使用已成为一种必然。
聚羧酸系高性能减水剂有很多特点：1.在合成工艺上，聚羧酸系高性能减水剂采用不饱和单体共聚合成而不是传统减水剂使用的缩聚合成，合成原料非常多，通常有聚乙二醇、（甲基）丙烯酸、烯丙醇聚氧乙烯醚等。在分子结构上，聚羧酸系高性能减水剂的分子结构是线形梳状结构，而不是传统减水剂单一的线形结构。该类减水剂主链上聚合有多种不同的活性基团，如羧酸基团（—COOH）、羟基基团（—OH）、磺酸基（—SO3Na）等，可以产生静电斥力效应；其侧链带有亲水性的非极性活性基团，具有较高的空间位阻效应。由于其广泛的原料来源，独特的分子结构，故而具有前两代减水剂不可比拟的优点，加上在合成过程中不使用甲醛，属绿色环保产品，因此，已成为混凝土外加剂研究领域的重点和热点之一。 1作用机理
减水剂有效地减少了混凝土的坍落度损失，改善混凝土的工作度，提高流动性，在高性能混凝土中发挥重要的作用只是至今为止仍旧没有一个完美的理论来解释高效减水剂的作用机理，但有几个理论为大家普遍认同。
1.1静电斥力作用
减水剂加入到新拌混凝土中，其中的负离子会在水泥粒子的正电荷的作用下定向吸附在水泥颗粒表面，形成扩散双电层的离子分布，使得水泥颗粒表面带上电性相同的电荷，产生静电斥力，使水泥颗粒絮凝结构解体，颗粒相互分散，释放出包裹于絮团中的自由水，从而有效地增大拌合物的流动性。随着水泥的进一步水化，电性被中和，静电斥力随之降低，范德华力的作用变成主导，水泥浆又开始凝聚。
1.2空间位阻作用
减水剂吸附在水泥颗粒表面，在水泥颗粒表面形成一层具有一定厚度的聚合物加强水化膜，水化膜层的强度取决于聚合物的亲水能力和亲水侧链的长度和亲水基团的浓度。当水泥颗粒靠近吸附层开始重叠，即在颗粒之间产生斥力作用，重叠越多斥力越大。这种由于聚合物吸附层靠近重叠而产生的阻止水泥颗粒接近的机械分离作用力，称为空间位阻斥力。聚羧酸系减水剂吸附在水泥颗粒表面，虽然静电斥力较小，但是由于其主链与水泥颗粒表面相连，支链则延伸进入液相形成较厚的聚合物分子吸附层，从而具有较大的空间位阻斥力，所以在掺量较小的情况下便对水泥颗粒具有显著的分散作用。
1.3润滑作用
高效减水剂的极性亲水基团定向吸附于水泥颗粒表面，多以氢键形式与水分子缔合，再加上水分子之间的氢键缔合，构成了水泥微粒表面的一层稳定的水膜，水膜阻止水泥颗粒间的直接接触，增加了水泥颗粒间的滑动能力，起到润滑作用，从而进一步提高浆体的流动性。
2合成方法
2.l大单体直接共聚法:
大单体直接共聚是先制备具有活性的大单体(一般是甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯) ，再聚合一定配比的单体(如丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯磺酸钠等)，采用溶液共聚的手段得到成品，即先酯化在聚合。该方法合成减水剂分子结构的可设计性好，可根据实际需要进行结构调整，产品质量稳定，目前很多聚羧酸的生产都采用此方法。但缺点是生产甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯大单体存在酯化控制难度，大单体酯化率和质量就直接影响了后续的共聚反应程度。同时中间分离纯化过程比较繁琐，生产成本较大。
2.2聚合后功能化法
聚合后功能化法是利用现有的聚合物进行改性，采用已知分子量的聚羧酸在催化剂和较高温度下聚醚通过酯化反应进行接枝。但现成的聚羧酸产品种类和规格有限，调整组成和分子量困难；同时聚羧酸和聚醚适应性不好，酯化实际操作困难，另外，随着酯化的不断进行，水分不断逸出，会出现相分离，如果能找到一种与聚羧酸相溶性好的聚醚这些问题也可迎刃而解，但可信的是目前还未能找到这种聚醚。
2.3原位聚合与接枝法
原位聚合与接枝是避免聚羧酸与聚醚相溶性不好的问题，该方法是以羧酸类不饱和单体(如丙烯酸、聚乙二醇等)为反应介质，集聚合和酯化于一体，这种方法工艺简单，生产成本低，同时可以控制聚合物的分子量。但缺点是聚羧酸的主链一般只能选择含羧基（一C00H）基团的单体，否则接枝难度大；在反应体系中有大量的水存在且这种接枝反应是个可逆平衡反应，所以聚合度不会很高且难以控制，分子设计比较困难。
3對今后聚羧酸减水剂研究的思考和展望：
聚羧酸系减水剂的优点明确但缺点也不容忽视，要使聚羧酸减水剂能大量有效应用到实际工程中就要从下方面进行深入的探讨和研究:
(1) 具有聚合活性的聚氧乙烯(或丙烯)类大单体的合成技术研究，特别是不同分子量聚氧乙烯的封端集团，封端方法和检测技术。研究新的大单体，提高大单体的酯化率等。
(2)优化聚羧酸减水剂的聚合工艺，在减低成本和环保的基础上不断优化和开发新的合成工艺，将诸多实验室的科研成果能真正应用到实际工程中
(3)解决聚羧酸系高性能减水剂制备的混凝土的工作性能，开发具有综合性能良好的的新一代外加剂，减水剂可使混凝土高强度、高保坍和降低混凝土收缩等优点；聚羧酸系高性能减水剂与传统减水剂，缓凝剂的协同效应研究；聚羧酸系高性能减水剂与不同水泥的适应性；与聚羧酸系减水剂的引气问题，与集料中含有的泥的吸附问题等。
总结
科技工作者将更加注重聚羧酸系高性能减水剂的研究和应用, 将更多地从混凝土的强度、 工作性、 耐久性、 价格等方面综合考虑。随着合成与表征聚合物减水剂及其化学结构与性能关系的研究不断深入,从分子设计角度出发, 将开发出满足多种需要, 具有更高减水率和保坍性能的减水剂,促进我国混凝土材料向高技术方向发展。
参考文献：
[1]王立久. 聚羧酸系高性能减水剂的研究现状与展望[ J] . 材料导报, 2003, 17( 2) : 43 -45.
[2]毛建. 聚羧酸系高性能减水剂的研究现状与发展[ J] . 国外建材科技, 2005, 26( 1) : 4- 6.
[ 3]周志威. 聚羧酸系高效减水剂的研究进展[ J] . 化学建材, 2006, 22( 4) : 34 -38.
赵静，女，（1986-）长安大学材料学院在校研究生 研究方向：水泥混凝土外加剂。