高性能聚醚单体及其减水剂的研究与应用

高性能聚醚单体及其减水剂的研究与应用

吴炳谋鲍凤里余小荣张志良林春东

广东奥克化学有限公司

摘要：本文主要是通过采用先合成聚醚单体中间体，再合成高性能聚醚单体，探讨了合成中间体的最佳条件：AB-20/EO的质量比=1∶5，催化剂（ZD-6）为AB-20和EO总质量的0.18%，反应温度为115℃，反应压力0.45MPa的条件下，获得的中间体性能最好。合成的高性能聚醚单体用于减水剂的性能较常规的减水剂效果好。

关键词：聚醚单体；中间体；减水剂

一、引言

目前国内的聚羧酸类减水剂主要有以下3种：聚酯类、普通聚醚类、高性能聚醚类。相比聚酯类减水剂，普通聚醚类减水剂的合成工艺简单、成本低、聚合浓度高，但其减水率、保坍性能及水泥适应性不如聚酯类减水剂，单独使用时的应用范围较窄，故常以其与聚酯类减水剂复配使用[1-2]。

采用不同分子量的醇或者是合成的聚醚中间体，并以中间体来合成高性能聚醚大单体，提升聚醚单体性能，扩大减水剂应用范围具有重要意义。

催化剂在合成聚醚单体过程中起到了决定性的作用，它极大地影响了产品收率、相对分子质量分布、聚乙二醇(PEG)含量以及最终的减水剂合成应用等[3]。因此研究聚羧酸减水剂单体聚醚反应用催化剂很有必要。

本文主要研究了催化剂种类和用量以及反应温度、反应压力等对聚醚单体中间体合成的条件，目的在于提升聚醚单体性能。

二、中间体的制备方法

中间体的制备：在装有温度计、搅拌器的反应釜中加入甲基烯丙醇（AB-20），环氧乙烷（EO），自制催化剂（ZD-6），一定的反应温度，一定的反应压力条件下,合成聚醚单体的中间体(OXAC-11)，探讨制备中间体过程中压力、催化剂用量、温度对聚醚单体中间体的影响，选择最佳反应条件合成聚醚单体中间体（OXAC-11）。

三、结果与讨论

3.1AB-20/EO的质量比对OXAC-11合成的影响

固定温度为115℃，反应压力0.45MPa，催化剂（ZD-6）为AB-20和EO总质量的0.18%，AB-20/EO的质量比分别为1:4、1∶5、1∶6、1∶7、1∶8的条件下合成OXAC-11，考察AB-20/EO的质量比对OXAC-11性能的影响，试验结果如下：

AB-20/EO的质量比为：1:4、1:5、1:6、1:7、1:8时，

分子量为：360、432、504、576、648；

双键保留率%：93.62、94.20、93.05、92.54、92.44

不饱和度：2.60、2.18、1.85、1.61、1.43。

由以上数据可以看出，不同的质量比，分子量不同，双键保留率和不饱和度不同，当AB-20/EO的质量比为1:5时，双键保留率最高，因此选取AB-20/EO的质量比为1:5。

3.2催化剂用量对OXAC-11合成的影响

AB-20/EO的质量比=1∶5，固定温度为115℃，反应压力0.45MPa，催化剂（ZD-6）的条件下合成OXAC-11，考察不同催化剂用量对OXAC-11性能的影响，试验结果如下：

催化剂用量：0.12%、0.15%、0.18%、0.21%、0.24%时

中间体羟值mgKOH/g：129.99、129.03、125.66、124.36、123.35；

双键保留率%：91.92、93.00、94.20、90.00、89.56；

不饱和度：2.13、2.14、2.11、1.95、1.94；

反应时间min：292min、209min、189min、185min、183min。

由以上数据表明，催化剂用量在0.18%时，双键保留率最高，催化剂用量超过0.18%时，反应时间变化不大。因此选用催化剂用量为0.18%。

3.3反应温度对OXAC-11合成的影响

AB-20/EO的质量比=1∶5，反应压力0.45MPa，催化剂（ZD-6）用量占AB-20和EO总质量的0.18%的条件下，考察不同反应温度对OXAC-11性能的影响，试验结果如下：

反应温度℃：90、100、110、115、120、125、130；

中间体羟值mgKOH/g：120.66、124.63、125.66、130.18、129.99、125.68、120.23；

双键保留率%：91.20、92.20、94.20、94.22、93.92、92.16、90.22；

不饱和度：1.98、2.07、2.11、2.14、2.13、1.95、1.85。

由以上数据表明，温度在110～120℃时双键保留率最高。因此考虑聚合温度为115℃。

综上所述，合成中间体的最佳条件为：AB-20/EO的质量比=1∶5，催化剂（ZD-6）用量占AB-20和EO总质量的0.18%，反应温度为115℃，反应压力0.45MPa，获得的OXAC-11性能最好。

四、高性能聚醚单体的制备

采用以上方法制备的中间体为原料，合成高性能聚醚单体，具体合成方法如下：

高性能聚醚单体（OXAC-608）的制备：在装有温度计、搅拌器的反应釜中加入OXAC-11261.99g，环氧乙烷1135.29g，加入自制催化剂（ZD-15）1.12g，开启搅拌器，在反应温度125-130℃，反应压力0.45MPa条件下反应，待反应完成后，加入醋酸1.40g中和，合成高性能聚醚单体。测试制备的高性能聚醚单体对减水剂的影响。

由表1数据可知，OXAC-608聚醚单体制备的减水剂与市售的减水剂相比，合成的聚醚类减水剂具有优异的分散性和保坍性。

五、实验结论

（1）本文采用先合成OXAC-11，再合成高性能聚醚单体，探讨了合成OXAC-11的最佳条件：AB-20/EO的质量比=1∶5，催化剂（ZD-6）质量分数为0.18%，反应温度为115℃，反应压力0.45MPa，获得的OXAC-11性能最好。

（2）采用合成的高性能聚醚单体制备减水剂，合成的聚醚类减水剂具有优异的分散性和保坍性。合成方法简单，使用范围广。

参考文献

[1]侯光，周立明，刘兆滨.聚羧酸减水剂单体开发与应用研究[C].第四届全国混凝土外加剂应用技术专业委员会年会，2009：209-213.

[2]李强，王晓轩，赵明哲.不同结构大单体合成聚羧酸高效减水剂及其性能研究[J].新型建筑材料，2007（10）：37-40.

[3］江浩、房连顺、于子洲，等．窄分布聚醚合成用催化剂的研究［J］．化学工业与工程技术，2012，33(2):41-45．