本發(fā)明屬于減水劑的制備領(lǐng)域，具體涉及一種響應(yīng)面法優(yōu)化微波輻射制備聚羧酸減水劑的方法。

背景技術(shù)：

聚羧酸減水劑作為第四代高效減水劑，具有摻量小、減水率高、坍落度低等優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于制備高性能混凝土。目前，聚羧酸減水劑相關(guān)作用機(jī)理已得到深入系統(tǒng)研究，所以如何在工藝簡(jiǎn)單、原料廣泛基礎(chǔ)上，通過有效的分子結(jié)構(gòu)功能化設(shè)計(jì)，采用科學(xué)有效的工藝優(yōu)化試驗(yàn)制備出高性能聚羧酸減水劑，將具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

依據(jù)減水劑作用機(jī)理，靜電斥力和空間位阻效應(yīng)是影響減水劑性能的主要因素，所以可通過選擇合適單體，將聚合物分子中引入適當(dāng)數(shù)量和類型的離子基團(tuán)及側(cè)鏈結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)減水劑具有有效的靜電斥力和空間位阻作用。烯丙醇聚氧乙烯醚(acrylic polyethers)為非離子型表面活性劑，具有無(wú)毒、無(wú)刺激性、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，因含有柔性結(jié)構(gòu)-C-O-C-和陰離子基團(tuán)-OH，作為側(cè)鏈可以實(shí)現(xiàn)很好的錨固效果和吸附性能，有利于提高聚羧酸減水劑應(yīng)用性能；而甲基丙烯磺酸鈉(sodium methylallyl sulfonate)和丙烯酸(acrylic acid)則分別可以提供陰離子基團(tuán)-SO₃^-和-COO^-，并通過吸附作用在水泥顆粒表面形成雙電層，增大水泥顆粒表面zeta電位絕對(duì)值，使減水劑具有較好的分散效能。

與傳統(tǒng)加熱相比，微波輻射具有獨(dú)特的熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)，不但可實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)體系快速、均勻加熱，且可依據(jù)反應(yīng)體系中介質(zhì)的介電常數(shù)不同，實(shí)現(xiàn)選擇性加熱，并通過極化作用，活化反應(yīng)基團(tuán)，提高聚合反應(yīng)速率。

響應(yīng)面分析法是一種采用多元二次回歸方程擬合因素與響應(yīng)值之間函數(shù)關(guān)系的一種統(tǒng)計(jì)方法，該方法可解決多變量問題，并通過回歸方程分析得出最佳工藝參數(shù)。目前在高效減水劑的開發(fā)中，如CN201210274917.1，是采用正交實(shí)驗(yàn)法篩選出影響指標(biāo)的顯著因素并給出最佳因素水平組合，但存在無(wú)法找出整個(gè)區(qū)域上因素的最佳組合和響應(yīng)值的缺點(diǎn)，且多采用線性模型，與實(shí)際情況存在偏差，精度不高等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是解決上述技術(shù)問題，提供一種響應(yīng)面法優(yōu)化微波輻射制備聚羧酸減水劑的方法，研究在單因素分析基礎(chǔ)上，利用響應(yīng)面法優(yōu)化聚羧酸減水劑合成工藝，得出較適用于制備聚羧酸減水劑工藝條件，旨在為高效減水劑的開發(fā)、推廣提供科學(xué)試驗(yàn)依據(jù)。

為實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種響應(yīng)面法優(yōu)化微波輻射制備聚羧酸減水劑的方法，它是以烯丙醇聚氧乙烯醚和甲基丙烯磺酸鈉為原料加水?dāng)嚢杌旌暇鶆?，在微波輻射條件下加熱至反應(yīng)溫度，然后恒溫加入丙烯酸和過硫酸銨反應(yīng)一段時(shí)間，利用響應(yīng)面法設(shè)定反應(yīng)的變量參數(shù)，反應(yīng)結(jié)束后冷卻，調(diào)pH，即得聚羧酸減水劑。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，以上所述響應(yīng)面法設(shè)定反應(yīng)的變量參數(shù)，通過以下二次多項(xiàng)回歸方程：

Y＝328.4-0.083A+0.50B+4.00C-0.25D+2.50AB-2.25AD+0.50BC-9.00BD+5.50CD-9.45A²-12.58B²-7.57C²-9.45D²；

式中：響應(yīng)值Y為水泥凈漿流動(dòng)度，單位mm；A為甲基丙烯磺酸鈉與烯丙基聚氧乙烯醚的摩爾比；B為丙烯酸與烯丙基聚氧乙烯醚的摩爾比；C為反應(yīng)溫度，單位℃；D為反應(yīng)時(shí)間，單位min。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，以上所述甲基丙烯磺酸鈉與烯丙基聚氧乙烯醚的摩爾比為0.4-0.6，所述丙烯酸與烯丙基聚氧乙烯醚的摩爾比為4.5-5.5，所述反應(yīng)溫度為80-90℃，所述反應(yīng)時(shí)間為25-35min。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，以上所述甲基丙烯磺酸鈉與烯丙基聚氧乙烯醚的摩爾比為0.50，所述丙烯酸與烯丙基聚氧乙烯醚的摩爾比為5.00，所述反應(yīng)溫度為86℃，所述反應(yīng)時(shí)間為30min。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，以上所述過硫酸銨的摻量為烯丙基聚氧乙烯醚和甲基丙烯磺酸鈉總質(zhì)量的1.8％-3.0％。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，以上所述微波輻射的功率為250W-350W。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，以上所述調(diào)pH，是用堿溶液將冷卻后的反應(yīng)溶液pH調(diào)至7-8。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，以上所述堿溶液為氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸鉀。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，以上所述堿溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％-40％。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明響應(yīng)面法適宜于解決非線性數(shù)據(jù)處理的相關(guān)問題，它囊括了試驗(yàn)設(shè)計(jì)、建模、檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷暮线m性、尋求最佳組合條件等；通過對(duì)過程的回歸擬合和響應(yīng)面、等高線的繪制，可方便地求出相應(yīng)于各因素水平的響應(yīng)值；并以此為基礎(chǔ)找出預(yù)測(cè)的響應(yīng)最優(yōu)值以及響應(yīng)的實(shí)驗(yàn)條件。與正交試驗(yàn)相比，其優(yōu)勢(shì)是：在試驗(yàn)條件尋優(yōu)過程中，可以連續(xù)地對(duì)試驗(yàn)的各個(gè)水平進(jìn)行分析，所得的預(yù)測(cè)模型是連續(xù)地，而正交試驗(yàn)只能對(duì)一個(gè)個(gè)孤立的試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行分析；響應(yīng)面法考慮了試驗(yàn)隨機(jī)誤差，同時(shí)響應(yīng)面法將復(fù)雜的未知函數(shù)關(guān)系在小區(qū)域內(nèi)用簡(jiǎn)單的一次或二次多項(xiàng)式模型來(lái)擬合，計(jì)算比較簡(jiǎn)便，是解決實(shí)際問題的有效手段。

(2)本發(fā)明建立了水泥凈漿流動(dòng)度與因變量的二次多項(xiàng)回歸方程模型，采用的Design-Expert 8.0軟件，用五個(gè)變化因子，只用四個(gè)水平，與正交法相比，用少量的試驗(yàn)組就可以得出結(jié)果，并且所得到的最佳條件不是設(shè)定的值而是在設(shè)定條件的范圍之內(nèi)。通過采用響應(yīng)面法對(duì)甲基丙烯磺酸鈉與烯丙基聚氧乙烯醚的摩爾比、丙烯酸與烯丙基聚氧乙烯醚的摩爾比、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化，得到優(yōu)化的條件為：甲基丙烯磺酸鈉與烯丙基聚氧乙烯醚的摩爾比為0.50，丙烯酸與烯丙基聚氧乙烯醚的摩爾比為5.00，反應(yīng)溫度為86℃，反應(yīng)時(shí)間為30min，得到的產(chǎn)品水泥凈漿流動(dòng)度為328.97mm，為聚羧酸減水劑工業(yè)化生產(chǎn)提供一個(gè)科學(xué)依據(jù)。

(3)本發(fā)明方法準(zhǔn)確可靠。為驗(yàn)證模型的有效性，采用本發(fā)明方法制備高效減水劑，并進(jìn)行產(chǎn)品性能測(cè)試。通過實(shí)際3次平行測(cè)試，以水灰比為0.29，在減水劑固體摻量為水泥質(zhì)量的0.5％條件下，水泥凈漿流動(dòng)度平均值為328mm，與理論預(yù)測(cè)值基本吻合，表明基于響應(yīng)面法優(yōu)化合成工藝準(zhǔn)確可靠。

(4)本發(fā)明產(chǎn)品具有良好的分散保持性。在本發(fā)明中，當(dāng)產(chǎn)品在0.15％低摻量條件下，初始水泥凈漿流動(dòng)度已達(dá)287mm，并于0.5％摻量下，初始水泥凈漿流動(dòng)度隨減水劑摻量增加趨于穩(wěn)定，達(dá)到328mm；隨著測(cè)試時(shí)間延長(zhǎng)，四種不同減水劑摻量下的水泥凈漿流動(dòng)度略有下降，但總體而言60min的水泥凈漿流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失測(cè)定中，該聚羧酸減水劑可保持較好的分散性，可適用于長(zhǎng)距離混凝土施工。

(5)本發(fā)明產(chǎn)品具有較好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本發(fā)明在探究聚羧酸減水劑分散性能基礎(chǔ)上，試驗(yàn)考察了減水劑應(yīng)用性能。表明當(dāng)減水劑固體摻量為水泥質(zhì)量的0.5％時(shí)，砂漿減水率達(dá)35.2％，滿足高性能混凝土應(yīng)用要求，具有較好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

(6)本發(fā)明微波輻射有效提高了工藝效率，且節(jié)能環(huán)保、易操作、易控制。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明甲基丙烯磺酸鈉與烯丙基聚氧乙烯醚摩爾對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響圖；

圖2為本發(fā)明丙烯酸與烯丙基聚氧乙烯醚摩爾比對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響圖；

圖3為本發(fā)明反應(yīng)溫度對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響圖；

圖4為本發(fā)明過硫酸銨用量對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響圖；

圖5為本發(fā)明反應(yīng)時(shí)間對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響圖；

圖6為本發(fā)明甲基丙烯磺酸鈉與烯丙基聚氧乙烯醚的摩爾比和丙烯酸與烯丙基聚氧乙烯醚的摩爾比的交互作用對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的響應(yīng)面圖；

圖7為本發(fā)明甲基丙烯磺酸鈉與烯丙基聚氧乙烯醚的摩爾比和丙烯酸與烯丙基聚氧乙烯醚的摩爾比的交互作用對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的等高線圖；

圖8為本發(fā)明甲基丙烯磺酸鈉與烯丙基聚氧乙烯醚的摩爾比和反應(yīng)溫度的交互作用對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的響應(yīng)面圖；

圖9為本發(fā)明甲基丙烯磺酸鈉與烯丙基聚氧乙烯醚的摩爾比和反應(yīng)溫度的交互作用對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的等高線圖；

圖10為本發(fā)明甲基丙烯磺酸鈉與烯丙基聚氧乙烯醚的摩爾比和反應(yīng)時(shí)間的交互作用對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的響應(yīng)面圖；

圖11為本發(fā)明甲基丙烯磺酸鈉與烯丙基聚氧乙烯醚的摩爾比和反應(yīng)時(shí)間的交互作用對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的等高線圖；

圖12為本發(fā)明丙烯酸與烯丙基聚氧乙烯醚的摩爾比和反應(yīng)溫度的交互作用對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的響應(yīng)面圖；

圖13為本發(fā)明丙烯酸與烯丙基聚氧乙烯醚的摩爾比和反應(yīng)溫度的交互作用對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的等高線圖；

圖14為本發(fā)明丙烯酸與烯丙基聚氧乙烯醚的摩爾比和反應(yīng)時(shí)間的交互作用對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的響應(yīng)面圖；

圖15為本發(fā)明丙烯酸與烯丙基聚氧乙烯醚的摩爾比和反應(yīng)時(shí)間的交互作用對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的等高線圖；

圖16為本發(fā)明反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間的交互作用對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的響應(yīng)面圖；

圖17為本發(fā)明反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間的交互作用對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的等高線圖；

圖18為本發(fā)明聚羧酸減水劑紅外光譜圖；

圖19為本發(fā)明聚羧酸減水劑不同摻量下水泥凈漿流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不局限于實(shí)施例表示的范圍。

實(shí)施例1：

以烯丙醇聚氧乙烯醚(APEG，M_n＝2400)和甲基丙烯磺酸鈉(SMAS)為原料加水?dāng)嚢杌旌暇鶆颍谖⒉ㄝ椛錀l件下加熱至反應(yīng)溫度，然后恒溫加入丙烯酸(AA)和過硫酸銨(APS)反應(yīng)一段時(shí)間，利用響應(yīng)面法設(shè)定反應(yīng)的變量參數(shù)，反應(yīng)結(jié)束后冷卻，調(diào)pH，即得聚羧酸減水劑。具體包括以下步驟：

1、樣品的準(zhǔn)備

將一定比例的烯丙醇聚氧乙烯醚、甲基丙烯磺酸鈉的混合溶液加入到配有回流冷凝管、攪拌器、溫度計(jì)的干燥四口燒瓶中，開啟微波反應(yīng)器，調(diào)節(jié)微波功率為300W，待混合溶液升溫至實(shí)驗(yàn)條件所需溫度后，分別用恒壓分液漏斗同時(shí)滴加丙烯酸和過硫酸銨溶液于燒瓶中，滴畢，恒溫反應(yīng)至規(guī)定時(shí)間，關(guān)閉微波反應(yīng)器，得亮黃色透明溶液，冷卻至室溫，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)30％的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值至7～8，封裝待用。

2、性能測(cè)試與表征

(1)含固量的測(cè)定：按GB/T 8077-2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試。

(2)水泥凈漿流動(dòng)度的測(cè)定：按GB/T 8077-2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試，其中水灰比采用0.29，在工藝優(yōu)化中減水劑固體摻量為水泥重量的0.5％。

(3)砂漿減水率的測(cè)定：按GB/T 8077-2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試。

(4)水泥凈漿流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失：水灰比為0.29，測(cè)試初始凈漿流動(dòng)度后，迅速將凈漿存放在(20±2)℃、相對(duì)濕度為60％～80％的養(yǎng)護(hù)箱中，每隔30min測(cè)定一次水泥凈漿流動(dòng)度。

(5)紅外光譜分析：取一定量的最優(yōu)工藝條件下制備的聚羧酸減水劑水溶液，經(jīng)三氯甲烷和丙酮混合溶劑沉淀、溶解、洗滌、過濾后，真空干燥，用KBr壓片，進(jìn)行紅外光譜分析。

3、單因素實(shí)驗(yàn)

(1)SMAS與APEG摩爾比對(duì)減水劑分散性能的影響

依據(jù)減水劑作用機(jī)理，靜電斥力作用對(duì)聚羧酸減水劑分散性能具有重要影響。當(dāng)減水劑摻入到水泥后，減水劑分子結(jié)構(gòu)中如-SO₃^-、-COO^-，-OH等可以吸附在水泥顆粒表面，改變其表面電荷分布，并形成雙電層結(jié)構(gòu)，使表面zeta電位絕對(duì)值增大，有效改善水泥顆粒間的分散性。在n_AA:n_APEG＝5∶1、微波功率300W、反應(yīng)溫度85℃、反應(yīng)時(shí)間30min、APS用量為添加物總質(zhì)量的2％條件下，考察了含有陰離子基團(tuán)-SO₃^-的甲基丙烯磺酸鈉用量對(duì)減水劑分散性能的影響(如圖1)。

圖1表明，隨著SMAS與APEG摩爾比的增加，聚羧酸減水劑分散性能先增加后降低。這是因?yàn)?SO₃^-的引入有利于提高減水劑的吸附性能，靜電斥力作用明顯，從而改善水泥漿體固液界面性質(zhì)，使水泥凈漿流動(dòng)度增大；而當(dāng)SMAS與APEG摩爾比過量時(shí)，具有鏈轉(zhuǎn)移劑功能的SMAS不利于聚合反應(yīng)的進(jìn)行，使產(chǎn)品性能下降，所以SMAS與APEG最佳摩爾比為0.5。

(2)AA與APEG摩爾比對(duì)減水劑分散性能的影響

單體丙烯酸可提供-COO^-以增強(qiáng)聚羧酸減水劑分散性能，所以試驗(yàn)在n_SMAS:n_APEG＝0.5:1、微波功率300W、反應(yīng)溫度85℃、反應(yīng)時(shí)間30min及APS用量2％的條件下，研究了AA與APEG摩爾比對(duì)減水劑分散性能的影響(圖2)。

由圖2可知，當(dāng)AA與APEG摩爾比為1時(shí)，由于丙烯酸用量過少，不能實(shí)現(xiàn)有效聚合和提供-COO^-，減水劑的分散性能較差，水泥凈漿流動(dòng)度僅為85mm；隨著摩爾比增加至3時(shí)，水泥凈漿流動(dòng)度迅速增至301mm，表明在低摻量時(shí)丙烯酸對(duì)聚羧酸減水劑性能影響顯著；當(dāng)摩爾比為5時(shí)，凈漿流動(dòng)度達(dá)到最大值329mm?？梢姡S著丙烯酸用量的增加，有效陰離子集團(tuán)-COO^-增多，有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)水泥顆粒更好地吸附，起到較好的靜電排斥作用。但當(dāng)摩爾比增加至7時(shí)，由于過量的丙烯酸會(huì)產(chǎn)生自聚反應(yīng)，所以影響了產(chǎn)品性能。

(3)反應(yīng)溫度對(duì)減水劑分散性能的影響

在n_AA:n_SMAS:n_APEG＝5:0.5:1，微波功率300W，反應(yīng)時(shí)間30min，APS用量2％條件下，反應(yīng)溫度對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響如圖3所示。

依據(jù)微波輻射加熱原理，其獨(dú)特的熱效應(yīng)、非熱效應(yīng)和誘導(dǎo)催化效應(yīng)，不但可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)外均勻加熱，還可以有效降低化學(xué)反應(yīng)能壘，使反應(yīng)條件相對(duì)溫和。圖3表明，當(dāng)溫度過低時(shí)，聚合反應(yīng)進(jìn)行受限；當(dāng)反應(yīng)溫度達(dá)85℃時(shí)，制備的聚羧酸減水劑分散性能最佳；而繼續(xù)升高反應(yīng)溫度，由于反應(yīng)體系發(fā)生團(tuán)聚，使產(chǎn)品性能降低?？傊?，與傳統(tǒng)水浴或油浴加熱相比，反應(yīng)環(huán)境溫和，且節(jié)能環(huán)保。

(4)過硫酸銨用量對(duì)減水劑分散性能的影響

在聚合反應(yīng)中，過硫酸銨用量對(duì)聚合速率和聚合物分子量大小有重要影響。圖4表明，過硫酸銨最佳用量為總添加質(zhì)量的2％，其中，當(dāng)引發(fā)劑過硫酸銨含量較低時(shí)，聚合速率低，單體之間反應(yīng)不充分，使產(chǎn)品對(duì)水泥的吸附性能降低，水泥凈漿流動(dòng)度較??；而過硫酸銨過量時(shí)，反應(yīng)單體間易發(fā)生自聚反應(yīng)，導(dǎo)致共聚物分子量不高，對(duì)水泥的分散性能降低，所以最佳過硫酸銨添加量為2％。

(5)反應(yīng)時(shí)間對(duì)減水劑分散性能的影響

在n_AA:n_SMAS:n_APEG＝5:0.5:1，微波功率300W，反應(yīng)溫度85℃，APS用量2％條件下，反應(yīng)時(shí)間對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響如圖5所示。

與傳統(tǒng)加熱方式相比，微波輻射能夠有效縮短合成時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。圖5表明，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為30min時(shí)，水泥凈漿流動(dòng)度達(dá)最佳值329mm，繼續(xù)增加反應(yīng)時(shí)間，產(chǎn)品分散性能趨勢(shì)基本穩(wěn)定，所以最佳反應(yīng)時(shí)間應(yīng)為30min。

4、聚羧酸減水劑制備響應(yīng)面優(yōu)化分析

依據(jù)Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，在單因素優(yōu)化基礎(chǔ)上，以n_SMAS:n_APEG、n_AA:n_APEG、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間為自變量，取水泥凈漿流動(dòng)度為響應(yīng)值，利用Design-Expert 8.0.6軟件設(shè)計(jì)四因素三水平響應(yīng)面試驗(yàn)，進(jìn)一步優(yōu)化反應(yīng)條件，其中因素水平和試驗(yàn)結(jié)果分別為表1、表2。

表1因素水平表

表2響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

聚羧酸減水劑合成工藝回歸方程的建立及優(yōu)化方案的確定

利用Design-Expert 8.0軟件對(duì)其進(jìn)行多次擬合，獲得響應(yīng)值水泥凈漿流動(dòng)度的編碼方程如下：水泥凈漿流動(dòng)度＝328.4-0.083A+0.50B+4.00C-0.25D+2.50AB-2.25AD+0.50BC-9.00BD+5.50CD-9.45A²-12.58B²-7.57C²-9.45D²(A為n_SMAS:n_APEG；B為n_AA:n_APEG；C為反應(yīng)溫度；D為反應(yīng)時(shí)間)。其方差分析見表3。

表3方差分析表

注：Prob<0.001為差異極顯著；Prob<0.01為差異高度顯著；Prob<0.05為差異顯著。

從表3可以看出，該回歸模型Prob＝0.0097(顯著)，表明該二次回歸方程模型高度顯著，且失擬項(xiàng)Prob＝0.2453(不顯著)，說(shuō)明該方程對(duì)試驗(yàn)擬合較好；同時(shí)BD(n_AA:n_APEG與反應(yīng)時(shí)間的交互作用)、A²、B²、C²、D²對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響是顯著的。

在響應(yīng)面交互作用分析中，圖6～圖17分別顯示6組以水泥凈漿流動(dòng)度為響應(yīng)值的趨勢(shì)圖。從等高線圖可直觀反映出2個(gè)變量間交互作用的顯著程度，其中圓形表示兩因素交互作用不顯著，而橢圓形表示兩因素交互作用顯著。

利用Design-Expert 8.0軟件，在試驗(yàn)因素范圍內(nèi)選擇最低點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)，響應(yīng)值選擇最大值優(yōu)化，優(yōu)化得到微波作用下制備聚羧酸減水劑的最佳理論工藝為：n_SMAS:n_APEG＝0.50；n_AA:n_APEG＝5.00；反應(yīng)溫度為86.45℃；反應(yīng)時(shí)間為30.37min，該條件下水泥凈漿流動(dòng)度為328.97mm。

5、響應(yīng)面法的可靠性

為驗(yàn)證模型的有效性，采用上述優(yōu)化工藝合成聚羧酸減水劑，進(jìn)行產(chǎn)品對(duì)水泥分散性能測(cè)試。考慮到工藝的可操作性，將制備工藝參數(shù)修正為n_SMAS:n_APEG＝0.50、n_AA:n_APEG＝5.00、反應(yīng)溫度為86℃、反應(yīng)時(shí)間為30min。通過實(shí)際3次平行測(cè)試，以水灰比為0.29，在減水劑固體摻量為水泥質(zhì)量的0.5％條件下，水泥凈漿流動(dòng)度平均值為328mm，與理論預(yù)測(cè)值基本吻合，表明基于響應(yīng)面法優(yōu)化合成工藝準(zhǔn)確可靠。

6、紅外光譜分析及性能測(cè)試

(1)紅外光譜分析

依據(jù)分子構(gòu)效原理，為揭示該工藝條件下制備的聚羧酸減水劑分子結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，研究利用紅外光譜對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析表征(圖18)。

由圖18可知，3353cm^-1附近寬峰為-OH伸縮振動(dòng)；-C＝O伸縮振動(dòng)峰1733cm^-1、-COO^-反對(duì)稱伸縮峰1571cm^-1及-COOH上-OH彎曲振動(dòng)峰923cm^-1，表明聚羧酸減水劑分子結(jié)構(gòu)中含有-COOH陰離子基團(tuán)；1409cm^-1為-C-O-C-伸縮振動(dòng)峰，說(shuō)明聚合物支鏈中含有醚鍵，即烯丙醇聚氧乙烯醚已參與聚合反應(yīng)；另外，1247cm^-1和1085cm^-1分別為-SO₃^-反對(duì)稱伸縮振動(dòng)和對(duì)稱伸縮振動(dòng)，所以聚羧酸減水劑含有磺酸根側(cè)基。由于在1700cm^-1～1620cm^-1沒有明顯的吸收峰，所以聚合物分子結(jié)構(gòu)中不含有-C＝C-單元，表明添加反應(yīng)的單體已基本反應(yīng)完全。

(2)水泥凈漿流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失及砂漿減水率

為探究聚合物分子結(jié)構(gòu)對(duì)聚羧酸減水劑性能影響，驗(yàn)證分子結(jié)構(gòu)功能化設(shè)計(jì)合理性，對(duì)其分散性能(圖19)與減水效果進(jìn)行了研究。

圖19表明，在0.15％低摻量條件下，初始水泥凈漿流動(dòng)度已達(dá)287mm，并于0.5％摻量下，初始水泥凈漿流動(dòng)度隨減水劑摻量增加趨于穩(wěn)定，達(dá)到328mm；隨著測(cè)試時(shí)間延長(zhǎng)，四種不同減水劑摻量下的水泥凈漿流動(dòng)度略有下降，但總體而言60min的水泥凈漿流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失測(cè)定中，該聚羧酸減水劑可保持較好的分散性，可適用于長(zhǎng)距離混凝土施工。

另外，在水泥凈漿流動(dòng)度研究的基礎(chǔ)上，考察了聚羧酸減水劑砂漿減水率的影響，結(jié)果表明當(dāng)減水劑固體摻量為水泥質(zhì)量的0.5％時(shí)，砂漿減水率達(dá)35.2％，滿足高性能混凝土應(yīng)用要求，具有較好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

在獲得最佳工藝條件后，本實(shí)施例中，過硫酸銨的摻量可替換為烯丙基聚氧乙烯醚和甲基丙烯磺酸鈉總質(zhì)量的1.8％或3.0％，微波輻射的功率可替換為250W或350W，堿溶液可替換為氫氧化鉀、碳酸鈉或碳酸鉀，堿溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可替換為20％或40％。

上述實(shí)施例，僅為對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明的具體個(gè)例，本發(fā)明并非限定于此。凡在本發(fā)明公開的范圍之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。