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自科学家在1938年揭开了太阳能是氢在高温下发生核聚变产生的奥秘以来，美国、前苏联、中国成功地爆炸了氢弹,证明氢在热核聚变下确实具有惊人的能量。但氢弹的爆炸只能造成破坏，因为它的能量是在一瞬间通通释放出来的。能不能让氢弹中产生的热核聚变过程得到控制,使能量按人的需要一点一点地释放出来呢？如果能做到这一点,就等于在地球上能造出许多小太阳，让它们不断发光发热和发电。这个设想成为世界上许多科学家的共识,并决心努力把这个设想变成现实。 1991年11月9日，从英国牛津郡的卡勒姆联合欧洲核聚变实验室传出一个震惊世界的消息:在这个实验室的科学家们首次用氢的同位素氘和氚制成混合燃料，成功地实现了受控制的核聚变反应，第一次用热核聚变的方法产生了大约1.7兆瓦的电力。这一重大的突破性进展,使人类利用核聚变能量的设想有了光明的前景。因此，这一事件被我国发行量最大的杂志《半月谈》推举为1991国际事件中的第九件。 还是在1990年12月底,美国、日本、欧共体和前苏联的四个科研小组就联合起来,在英国牛津乡村地区的卡勒姆实验所,建造了一座供试验用的国际热核聚变实验反应堆。这个反应堆是一个像 汽车 轮胎一样的环形装置,科学家们在这个环形装置内注入氢的同位素氘、氚等燃料,然后把它们加热到几亿摄氏度的高温,使氢气的原子分裂成电子和原子核(称等离子体),就像太阳上的氢气在高温下分裂的情况一样。然后，这些氢原子核在高温下相互碰撞聚变成氦原子并释放出巨大的能量。由于氢气分裂后的氢等离子体温度太高,会把任何东西都熔化掉,因此在环形装置的空间内加了一个巨大的磁场，这个磁场可以把高温等离子体封闭并悬浮起来，不让等离子体挨近环形装置的任何零部件,避免了使环形装置等受到高温的损坏。 在这样的条件下，人们就可考虑将氢原子聚变时释放的能量用来发电。1991年11月9日的热核聚变试验的成功,虽然持续时间仅2秒钟,温度则达到了2亿摄氏度,释放的能量达2亿瓦,产生了约1.7兆瓦的电力。这意味着,人类向往的受控热核聚变获得了初步成功。 这次试验的意义之所以特别重大,是因为它使用的燃料是氢的同位素氘和氚,它们比原子能反应堆用的铀燃料容易生产得多,而且没有放射性污染。尤其是氘，是天然存在的元素,可以从海水中提取,它的资源很丰富，地球上仅海水中就有45万亿,而0.03克氘通过核聚变反应就能释放出相当于300千克汽油的能量。现在生产1千克铀燃料需要12000美元,而生产1千克氘只需300美元。 目前世界上还只有两个能用氘、氚进行热核聚变反应的装置,一个是前面已提到的英国牛津郡的卡勒姆联合欧洲核聚变环形装置，另一个是美国普林斯顿大学的托卡马克核聚变试验装置。但美国的这个装置至今还没有获得像英国的装置的成功。不过可以预料，人类在地球上制造“小太阳”产生受控制的热核聚变能的日子为期不远了。
中国新一代热核聚变装置EAST2010年9月28日首次成功完成了放电实验，获得电流200千安、时间接近3秒的高温等离子体放电。 负责这一项目的中国科学院等离子体所所长李建刚研究员说，此次实验实现了装置内部1亿度高温，等离子体建立、圆截面放电等各阶段的物理实验，达到了预期效果。EAST装置是中国耗时8年、耗资2亿元人民币自主设计、自主建造而成的。美、法等国在20世纪80年代中期发起了耗资46亿欧元的国际热核实验反应堆（ITER）计划，旨在建立世界上第一个受控热核聚变实验反应堆，为人类输送巨大的清洁能量。这一过程与太阳产生能量的过程类似，因此受控热核聚变实验装置也被俗称为“人造太阳”。 中国于2003年加入ITER计划。位于安徽合肥的中科院等离子体所是这个国际科技合作计划的国内主要承担单位，其研究建设的EAST装置稳定放电能力为创记录的1000秒，超过世界上所有正在建设的同类装置。EAST大科学工程总经理万元熙教授说，与ITER相比，EAST在规模上小很多，但两者都是全超导非圆截面托卡马克，即两者的等离子体位形及主要的工程技术基础是相似的，而EAST至少比ITER早投入实验运行10至15年。据科技日报2014年10月17日消息，美国老牌军工巨头洛克希德马丁公司近日宣布，其已在开发一种基于核聚变技术的能源方面取得技术突破，第一个小至可安装在卡车后端的小型反应堆有望在十年内诞生。 从长远来看，核能将是继石油、煤和天然气之后的主要能源，人类将从“石油文明”走向“核能文明”。
核聚变的难度还是在于材料上，目前我们没有核聚变那么高温度的容器，这才核聚变的难点。
什么是可控核聚变？
事实上，核聚变燃料是氢，不是很准确。没有错误。氢确实是宇宙中常见的化学物质。它是取之不尽、用之不竭的。同时，它也是核聚变所需的燃料。然而，核聚变燃料在每个人的认知中并不直接使用氢气。如果是这样的话，那就很简单了。请记住，地球上从不缺少大量的海水，其中可以转化出无数的氢。
核聚变燃料是三种放射性核素，每一种都是氘和氚。在这三种放射性核素中，氢的含量最丰富占99.98%，而氘的含量很小，在自然界中约为0.02%。然而，氚在自然界中很难长期存在，因为它有12.33年的药物半衰期。对于太阳来说，氘很容易达到聚变标准，但氘的含量很小，而且木星的质量已经达到了聚变标准，在太阳的褐矮星环节超过13MJ。因此，在太阳的主序星时期燃烧的东西也逐渐来自金属。然而，金属的聚变是非常困难的，远远不能探索人类现阶段的高科技。
可控核聚变的难度在哪里？
核聚变要实现几个关键环节，其中一个关键环节就是要实现数百万度的高温，并且必须有一个容器来容纳这种超高温。但在这个阶段，我们没有一个容器能承受数千万度以上的高温。目前最耐高温的原料是五碳化四钽，溶解点为4215℃，但没有几千万度的零。因此，专家们走的是另一条路，那就是氘和氚的聚变反应，但实现这一点实际上是困难的。它必须满足极高温和极高压的基本标准，但这一标准可以很容易地保证在恒星内部。但是人们很难达到这个标准。
地球上有很多东西都是非常珍贵的，其中就包括太阳，在地球上孕育了亿万年，至今依然没有停止。太阳之所以能够诞生，其实就是因为其内部有一个能够“发光发热”的核心装置，叫托卡马克。它就是人造太阳，又称等离子体。我国在这一领域也一直都非常重视，在今年7月我国著名科学杂志《自然》上发表了一篇论文，宣布中国科学家在新一代热核聚变研究中取得突破性进展。
人造太阳就是用核聚变反应实现人类对未来的终极目标，核聚变是一种非常厉害的能源方式，它能够源源不断地给人类带来大量物资和能源。当温度达到一亿摄氏度左右，就会产生核聚变反应。在上个世纪五六十年代，核聚变反应是一种核燃料产生、转换与释放过程，通过核聚变可以让燃料中的杂质进行燃烧掉，最终转化成新元素与新能源。但目前核聚变是比较难实现的，因为核聚变反应需要一定时间和技术支持，所以核聚变技术也是人类一直努力的目标。
热核聚变就是将核聚变反应进行的一种反应。也就是说，如果将核反应变成了燃料、氘和氚等中子，这样就可以实现更大功率、更高密度的核聚变反应。为了实现这样的核聚变反应，科学家们设计了多种形式的聚变装置。其中比较常见的就是磁约束装置。磁体顾名思义就是能够将原子核紧紧地束缚在一起的装置。除了磁约束装置之外，还有等离子体驱动装置等，这些装置都可以实现核聚变反应。
其实核能不仅是人类发展的一个重要方向，也是很多国家的能源储备之一。虽然现在全球煤炭资源储量非常庞大，但是目前全球煤炭资源总储量已经超过了1000亿吨。其中，煤炭和石油占到了全球总储量当中的60%左右。虽然这些能源现在已经能够满足人类日常生活的需要，但是随着科学技术的发展，煤炭和石油都将会慢慢枯竭，所以说未来将有更多更好的能源可以供人类使用。
在人造太阳的实验中，科学家们最主要的目标就是让核聚变装置释放出足够多的能量。只有这样，人类才能够更好地利用核聚变来进行能源开发。现在来看，要实现核聚变所需要的能量需要一个非常大的托卡马克来进行支撑。
在过去的几十年中，国际上一直都想要实现聚变发电，但因为各种原因一直未能实现。但我国科学家就一直在进行这方面的研究，终于在今年，实现了这一目标。我国此次宣布了这一研究成果之后，相信未来我国聚变事业也会得到更多人的关注。
觉得难点就是怎样才能把剧变的材料的温度加热的足够高，还有就是应该用什么样的容器来装呢？
中国新一代人造太阳研究再获突破，中国在科技研究上面又上升了一个阶段，相信人造太阳很快就能够成功
影响玻璃化温度的因素由于玻璃化转变是与分子运动有关的现象，而分子运动又和分子结构有着密切关系，所以分子链的柔顺性、分子间作用力以及共聚、共混、增塑等都是影响高聚物Tg的重要内因。此外，外界条件如作用力、作用力速率,升(阵)温速度等也是值得注意的影响因索。1．化学结构(1) 链的柔顺性分子链的柔顺性是决定高聚物Tg的最重要的因素。主链柔顺性越好，玻璃化温度越低。主链由饱和单键构成的高聚物，因为分子链可以固定单键进行内旋转，所以Tg都不高，特别是没有极性侧基取代时，其Tg更低。不同的单键中，内旋转位垒较小的，Tg较低。例如， 高聚物聚二甲基硅氧烷聚甲醛聚乙烯SiCH3OCH3***H2CO*nn*H2CH2C*nTg/oC-123-83-68主链中含有孤立双键的高聚物，虽然双键本身不能内旋转，但双键旁的α单键更易旋转，所以Tg都比较低。例如，丁二烯类橡胶都有较低的玻璃化温度。H2C*CHCHH2C*H2C*CCHH2C*CH3H2C*CHCHH2CH2CHC*聚丁二烯天然橡胶丁苯橡胶高聚物Tg/oC-95-73-51(2)取代基旁侧基团的极性，对分子链的内旋转和分子间的相互作用都会产生很大的影响。侧基的极性越强，Tg越高。一些烯烃类聚合物的Tg与取代基极性的关系如表2 烯烃高聚物取代基的极性和Tg的关系 此外，增加分子链上极性基团的数量，也能提高高聚物的Tg.但当极性基团的数量超过一定值后，由于它们之间的静电斥力超过吸引力，反而导致分子链间距离增大，Tg下降。取代基的位阻增加，分子链内旋转受阻碍程度增加，Tg升高。应当强调指出，侧基的存在并不总是使Tg增大的。取代基在主链上的对称性对Tg也有很大影响，聚偏二氯乙烯中极性取代基对称双取代，偶极抵销一部分，整个子极性矩减小，内旋转位垒降低，柔性增加，其Tg比聚氯乙烯为低；而聚异丁烯的每个链节上，有两个对称的侧甲基，使主链间距离增大，链间作用力减弱，内旋转位垒降低，柔性增加，其Tg比聚丙烯为低。又如，当高聚物中存在柔性侧基时，随着侧基的增大，在一定范围内，由于柔性侧基使分子间距离加大，相互作用减弱，即产生“内增塑”作用，所以，Tg反而下降。 (3)几何异构单取代烯类高聚物如聚丙烯酸酯、聚苯乙烯等的玻璃化温度几乎与它们的立构无关，而双取代烯类高聚物的玻璃化温度都与立构类型有关。一般，全同立构的Tg较低，间同立构的Tg较高。在顺反异构中，往往反式分子链较硬，Tg大。(4)离子键的引入分子链间有离子键可以显著提高Tg。例如，聚丙烯酸中加入金属离子，Tg会大大提高，其效果又随离子的价数而定。用Na+使Tg从l06℃提高到280℃；Cu2+取代Na+， Tg提高到500℃。2，其他结构因素的影响(1) 共聚无规共聚物的Tg介于两种共聚组分单体的Tg之间，并且随着共聚组分的变化，其Tg在两种均聚物的Tg之间线性或非线性变化。 非无规共聚物中，最简单的是交替共聚，他们以看成是两种单体组成一个重复单元的均聚物，因此只有一个Tg。而嵌段或接枝共聚物情况就复杂多了。(2)交联随着交联点的增加，高聚物自由体积减少，分子链的运动受到约束的程度也增加，相邻交联点之间平均链长变小，所以Tg升高。 (3)分子量分子量的增加使Tg增加，特别是在分子量很小时，这种影响明显，当分子量超过一定的程度后，Tg随分子量变化就不明显了。 (4)增塑剂和稀释剂增塑剂对Tg的影响也是相当显著的，玻璃化温度较高的聚合物在加入增塑剂后，可以使Tg明显下降。例如：纯的聚氯乙烯Tg=78℃,在室温下是硬塑料，加入45%的增塑剂后，Tg=-30℃，可以作为橡胶代用品。淀粉的玻璃化温度在加水前后就有明显的变化。
1、化学结构的影响主链结构主链结构为-C-C-,-C-N-,-Si-O-等单键的非晶态聚合物，链的柔性越大，Tg较低。侧基或侧链侧链的极性基团：使内旋转活化能及分子间作用力增加，导致Tg增加。侧链的非极性基团：侧链体积越大，对内旋转阻碍越大，链的柔性降低，Tg升高。2、共聚无规共聚：Tg 介于两种共聚组分单体的均聚物的Tg之间，随共聚组成的变化线性或非线性变化。交替共聚：两种单体M1和M2以等分子进入共聚物, 并沿着高分子链呈交替排列的共聚合。嵌段和接枝共聚3、交联轻度交联： 交联点不限制链段的运动 Tg影响小中等交联：链段的活动性减小 Tg增加高度交联：链段活动被严重抑制 Tg超过Tf4、分子量5、增塑剂or稀释剂6、外界条件
玻璃化温度其实就是某种聚合物从固体向弹性体转变时的温度。针对常见塑料，对其加热，这个温度就是有固定形状到开始变软时的温度。影响因素肯定是和分子链的交联能力有关。
聚碳酸酯是非结晶性聚合物，但是非结晶性性聚合物局部也会有取向结晶。
全国高分子材料学术论文报告篇二 浅析高分子材料成型加工技术 【摘要】高分子材料成型加工技术在工业上取得的飞速发展，介绍高分子材料成型加工技术的发展情况，探讨其创新研究，并详细阐述高分子材料成型加工技术的发展趋势。 【关键词】高分子材料;成型加工;技术 近年来，某些特殊领域如航空工业、国防尖端工业等领域的发展对聚合物材料的效能提出了更高的要求，如高强度、高模量、轻质等，各种特定要求的高强度聚合物的开发研制越来越显迫切。 一、高分子材料成型加工技术发展概况 近50年来，高分子合成工业取得了很大的进展。例如，造粒用挤出机的结构有了很大的改进，产量有了极大的提高。20世纪60年代主要采用单螺杆挤出机造粒，产量约为3t/h;70年代至80年代中期，采用连续混炼机+单螺杆挤出机造粒，产量约为10t/h;80年代中期以来。采用双螺杆挤出机+齿轮泵造粒，产量可以达到40-45t/h，今后的发展方向是产量可高达60t/h。在l950年，全世界塑料的年产量为200万t。20世纪90年代。塑料产量的年均增长率为5.8%，2000年增加至1.8亿t至2010年，全世界塑料产量将达3亿t，此外。合成工业的新近避震使得易于璃确控制树脂的分子结构，加速采用大规模进行低成本的生产。随着汽车工业的发展，节能、高速、美观、环保、乘坐舒适及安全可靠等要求对汽车越来越重要.汽车规模的不断扩大和效能的提高带动了零部件及相关材料工业的发展。为降低整车成本及其自身增加汽车的有效载荷，提高塑料类材料在汽车中的使用量便成为关键。 据悉，目前汽车上100kg的塑料件可取代原先需要100-300kg的传统汽车材料***如钢铁等***。因此，汽车中越来越多的金属件由塑料件代替。此外，汽车中约90%的零部件均需依靠模具成型，例如制造一款普通轿车就需要制造1200多套模具，在美国、日本等汽车制造业发达的国家，模具产业超过50%的产品是汽车用模具。目前，高分子材料加工的主要目标是高生产率、高效能、低成本和快捷交货。制品方面向小尺寸、薄壁、轻质方向发展;成型加工方面，从大规模向较短研发周期的多品种转变，并向低能耗、全回收、零排放等方向发展。 二、现今高分子材料成型加工技术的创新研究 ***一***聚合物动态反应加工技术及装置 聚合物反应加工技术是以现双螺杆挤出机为基础发展起来的。国外的Berstart公司已开发出作为连续反应和混炼的十螺杆挤出机，可以解决其它挤出机***包括双螺杆和四螺杆挤出机***作为反应器所存在的问题。国内反应成型加工技术的研究开发还处于起步阶段，但我国的经济发展强烈要求聚合物反应成型加工技术要有大的发展。指交换法聚碳酸酯***PC***连续化生产和尼龙生产中的比较关键的技术是缩聚反应器的反应挤出装置，我国每年还有数以千万吨计的改性聚合物及其合金材料的生产。关键技术也是反应挤出技术及装置。 目前国内外使用的反应加工装置从原理上看都是传统混合、混炼装置的改造产品，都存在传热、传质过程、混炼过程、化学反应过程难以控制、反应产物分子量及其分布不可控等问题.另外装置投资费用大、能耗高、噪音大、密封困难等也都是传统反应加工装置的缺陷。聚合物动态反应加工技术及装置与传统技术无论是在反应加工原理还是装置的结构上都完全不同，该技术是将电磁场引起的机械振动场引入聚合物反应挤出全过程，达到控制化学反应过程、反应生成物的凝聚态结构和反应制品的物理化学效能的目的。该技术首先从理论上突破了控制聚合物单体或预聚物混合混炼过程及停留时间分布不可控制的难点，解决了振动力场作用下聚合物反应加工过程中的质量、动量及能量传递及平衡问题，同时从技术上解决了装置结构整合化问题。新装置具有体积重量小、能耗低、噪音低、制品效能可控、适应性好、可靠性高等优点，这些优点是传统技术与装置无法比拟或是根本没有的。该项新技术使我国聚合物反应加工技术直接切人世界技术前沿，并在该领域处于技术领先地位。 ***二***以动态反应加工装置为基础的新材料制备新技术 1.资讯储存光碟盘基直接合成反应成型技术。此技术克服传统方式的中间环节多、周期长、能耗大、储运过程易受污染、成型前处理复杂等问题，将光碟级PC树脂生产、中间储运和光碟盘基成型三个过程整合为一体，结合动态连续反应成型技术，研究酯交换连续化生产技术，研制开发精密光碟注射成型装备，达到节能降耗、有效控制产品质量的目的。 2.聚合物/无机物复合材料物理场强化制备新技术。此技术在强振动剪下力场作用下对无机粒子表面特性及其功能设计***粒子设计***，在设计好的连续加工环境和不加或少加其它化学改性剂的情况下，利用聚合物使无机粒子进行原位表面改性、原位包覆、强制分散，实现连续化制备聚合物/无机物复合材料。 3.热塑性弹性体动态全硫化制备技术。此技术将振动力场引入混炼挤出全过程，控制硫化反直程序，实现混炼过程中橡胶相动态全硫化.解决共混加工过程共混物相态反转问题。研制开发出拥有自主智慧财产权的热塑性弹性体动态硫化技术与装置，提高我国TPV技术水平。 三、高分子材料成型加工技术的发展趋势 近年来，各个新型成型装备国家工程研究中心在出色完成了国家级火炬计划预备专案和国家“八五”、“九五”重点科技计划***攻关***等专案同时，非常注重科技成果转化与产业化，完成产业化工程配套专案20多项，创办了广州华新科机械有限公司和北京华新科塑料机械有限公司，使其有自主智慧财产权的新技术与装备在国内外推广应用。塑料电磁动态塑化挤出装置已形成了7个规格系列，近两年在国内20多个省、市、自治区推广应用近800台***套***。销售额超过1.5亿元，还有部分新装置销往荷兰、泰国、孟加拉等国家.产生了良好的经济效益和社会效益。例如PE电磁动态发泡片材生产线2000年和2001年仅在广东即为国家节约外汇近1600万美元，每条生产线一年可为制品厂节约21万k的电费。塑料电磁动态注塑机已开发完善5个规格系列，投入批量生产并推向市场;塑料电磁动态混炼挤出机的中试及产业化工作已完成，目前开发完善的4个规格正在生产试用。并逐步推向市场目前新装置的市场需求情况很好，聚合物新型成型装备国家工程研究中心正在对广州华新科机械有限公司进行重组。将技术与资本结合，引入新的管理、市场等机制，争取在两三年内实现新装置年销售额超亿。我国已加入WTO，各个行业都将面临严峻挑战。 综上所述，我国必须走具有中国特色的发展高分子材料成型加工技技术与装备的道路，打破国外的技术封锁，实现由跟踪向跨越的转变;把握技术前沿，培育自主智慧财产权。促进科学研究与产业界的结合，加快成果转化为生产力的程序，加快我国高分子材料成型加工高新技术及其产业的发展是必由之路。 参考文献： [1]Chris Rauwendaal，Polymer Extrusion，Carl Hanser Verlag，Munich/FkG，l999. [2]瞿金平，聚合物动态塑化成型加工理论与技术[M].北京：科学出版社，2005 427435. [3]瞿金平，聚合物电磁动态塑化挤出方法及装置[J].中国专利9O101034.0，I990;美国专利5217302，1993.
现在民用的已经开始使用聚羧酸减水剂了。他的减水效果，混凝土的和易性等都要比萘系的好，成本并不比萘系高。但他对材料的要求较严格。粉煤灰等级，砂石料的含泥量等都回影响减水性能及和易性。应用前景还是比较不错的
聚羧酸高性能减水剂的制备、性能与应用1、聚羧酸高性能减水剂的现状 混凝土技术发展离不开化学外加剂,如泵送混凝土、自流平混凝土、水下不分散混凝土、喷射混凝土、聚合物混凝土、高强高性能混凝土等新材料的发展,高效减水剂都起到了关键作用。高效减水剂又称超塑化剂,用于混凝土拌合物中,主要起三个不同的作用[1]: ①在不改变混凝土强度的条件下,改善混凝土工作性; ②在给定工作性条件下,减少水灰比,提高混凝土的强度和耐久性; ③在保证混凝土浇注性能和强度的条件下,减少水和水泥用量, 减少徐变、干缩、水泥水化热等引起的混凝土初始缺陷的因素。 萘系高效减水剂的应用大约有20多年历史,是目前工程应用中的主要高效减水剂品种。研究表明，聚羧酸系高效减水剂是比萘系性能更好的新型减水剂，在相同用量下，聚羧酸系减水剂能获得更好的减水率和塌落度保持能力[2-5]。日本是研究和应用聚羧酸系减水剂最多也是最成功的国家,1998年以后聚羧酸系减水剂在日本的使用量超过了萘系减水剂[5]。近年来,北美和欧洲的一些研究者的论文中,也有许多关于研究开发具有优越性能的聚羧酸系的报道,研究重点也从磺酸系超塑化剂改性逐渐移向对聚羧酸系的研究。日本和欧美一些国家的学者发表的有关聚羧酸系减水剂的研究论文呈现大量增多趋势,大多数正在开发研究聚羧酸类减水剂,方向主要偏重于开发聚羧酸系减水剂及研究有关的新拌混凝土工作性能和硬化混凝土的力学性能及工程使用技术等。国内聚羧酸系减水剂几乎都未达到实用化阶段。合成聚羧酸系减水剂可供选择的原材料也极为有限,从减水剂原材料选择到生产工艺、降低成本、提高性能等许多方面都需要系统研究[4]。2、聚羧酸高性能减水剂的性能及作用机理聚羧酸高性能减水剂与其它高效减水剂相比，有许多突出的性能[6]： 低掺量（0.2%--0.5%）而发挥高的分散性能； 保坍性好，90分钟内坍落度基本无损失； 在相同流动度下比较时，延缓凝结时间较少； 分子结构上自由度大，外加剂制造上可控制的参数多，高性能化的潜力大； 由于合成中不使用甲醛，因而对环境不造成污染； 与水泥相容性好； 可用更多地利用矿渣或粉煤灰等混合材，从而整体上降低混凝土的成本。 聚羧酸系列高效减水剂的作用机理，国内这方面的研究较少[7]。从聚羧酸系高效减水剂的红外谱图可见[8]，有羧基、酯基、醚键,它们的波数分别是3433cm-1,1721cm-1,1110cm-1。 由于分子中同时有羧基和酯基，使其既可以亲水，又具有一定的疏水性，由于聚羧酸系列具有羧基,同萘系减水剂一样,DLVO[5]理论仍适用。羧基负离子的静电斥力对水泥粒子的分散有贡献。同样,相对分子质量的大小与羧基的含量对水泥粒子的分散效果有很大的影响。由于主链分子的疏水性和侧链的亲水性以及侧基—(OCH2CH2)—的存在,也提供了一定的立体稳定作用,即水泥粒子的表面被一种嵌段或接枝共聚物所稳定,以防发生无规则凝聚，从而有助于水泥粒子的分散。它的稳定机理是所谓的‘空间稳定理论’[9],‘空间稳定理论’是指由聚合物(减水剂)分子之间因占有空间或构象所引起的相互作用而产生的稳定能力,这种稳定作用同一般的静电稳定作用的差别在于:它不存在长程的排斥作用,而只有当聚合物构成的保护层外缘发生物理接触时,粒子之间才产生排斥力,导致粒子自动弹开,文献给出了两种不同厚度保护层的热能、距离曲线[16]，如图2，3。 在介质中,聚合物的溶解热通常大于零,因此从焓的角度看,由粒子相互靠近造成的局部分散剂浓度上升是有利的,但是,这同时又引起了熵的减小,而体系中后者往往是占主要地位的,于是,立体稳定作用主要取决于体系的熵变,因而,也有人称之为‘熵稳定作用’。 从文献[16]的2种不同厚度保护层的势能 距离曲线可以看到,分散体系中任意2个粒子之间总的相互作用能VT,是由2部分构成的,一部分是范德华吸引位能VA,另一部分是立体作用位能VS,于是有: VT=VA+VS. 当2个粒子的分散剂层外缘发生物理接触,也就是2个粒子间的距离h小于分散剂层厚度δ的2倍,即h<2δ时,由于体积效应及界面层中的溶剂分子受到‘排斥’,就会导致溶解链段的构象扰动,从而使局部的自由能上升,这时,VS可以用下式表达: VS=2πakTV2τ22(0.5-x)Smix+2πakTτ2Se1, 式中,a为粒子半径,V2为溶解链段的摩尔体积,τ2为粒子表面上单位面积分散剂链的数目,x为Flory溶液理论中聚合物/溶剂的相互作用参数,Smix和Sel分别是由粒子表面链段浓度分布所决定的函数。上式中前一项是溶剂渗透产生的混合项,后一项是由于粒子受到压缩产生的弹性项。实际上,混合项总是远远大于弹性项,而且,当混合项趋近于零时,往往导致体系不稳定,发生凝聚。混合项为零的条件是:溶解链段与分散介质构成θ溶液,此时,x=0.5.所以,实际应用中,应选择合适的聚合物,使介质大大优于θ溶剂。由上式的混合项中还可以看出,粒子表面覆盖的溶解链越多,即τ2越大,体系越稳定,因此,减水剂中的溶解链段最好是牢牢地固定在粒子表面。当然,最好的方法是将减水剂做成接枝或嵌段共聚物,使其中的锚系链段不溶于介质,且与水泥粒子有良好的相容和结合,这样,即能保证体系有足够的稳定性而又不至于产生凝聚。同时,—(OCH2CH2)—中的氧 原子可以和水分子形成强的氢键,形成立体保护膜,据估计也具有高分散性和分散稳定性。以上分析表明,可以通过调节—COO-的量和带—(OCH2CH2)—的 酯的量,以及—(OCH2CH2)—中m的数目来调节相对分子质量,而取得良好的分散效果。 另外，温度，环境，PH值，离子等，都对聚羧酸高性能减水剂的性能有影响，文献[10]对此进行了详细研究。3、聚羧酸高效减水剂的制备 根据减水剂的作用机理，通过调节酸和酯的比例，可以调节分子的亲水亲油值(HLB)，从分子设计的角度，来合成新型的聚羧酸高效减水剂。高性能减水剂的分子结构设计趋向是在分子主链或侧链上引入强极性基团羧基、磺酸基、聚氧化乙烯基等,使分子具有梳形结构。通过极性基与非极性基比例调节引气性,一般非极性基比例不超过30%;通过调节聚合物分子量增大减水性、质量稳定性;调节侧链分子量,增加立体位阻作用而提高分散性保持性能。从文献看目前合成聚羧酸系减水剂所选的单体主要有四种:(1) 不饱和酸———马来酸酐、马来酸和丙烯酸、甲基丙烯酸;(2) 聚链烯基物质———聚链烯基烃及其含不同官能团的衍生物;(3) 聚苯乙烯磺酸盐或酯;(4) (甲基)丙烯酸盐、酯或酰胺等。 常见的合成方法：(1) 首先,合成所需结构的单体的物质———反应性活性聚合物单体,如用壬基酚或月桂醇和烯丙醇缩水甘油醚反应制备烯丙基壬基酚或聚氧乙烯醚羧酸盐,或用环氧乙烷、聚乙二醇等合成聚链烯基物质———聚链烯基烃、醚、醇、磺酸,或合成聚苯乙烯磺酸盐、酯类物质;第二步,在油溶剂或水溶液体系引入具有负电荷的羧基、磺酸基和对水有良好亲和作用的聚合物侧链,反应最终获得所需性能的产品。实际的聚羧酸系减水剂可以是二元、三元或四元共聚物[11]。(2) 原料:丙烯酸,甲基丙烯酸,马来酸酐,衣康酸,丙烯酸羟基酯,甲基丙烯酸羟基酯,乙烯基磺酸钠,丙烯基磺酸钠,2- 丙烯酰胺 2- 甲基丙基磺酸钠(AMPS),单羟基聚乙二醇醚(PEG 600,PEG 1000,PEG 1500),过硫酸钠,过硫酸铵,双氧水等，以上原料均为市售的工业级化工产品。合成方法:按照分子设计的要求配合各种单体的比例,分步加入反应瓶中,同时加入分子量调节剂和溶剂,用氮气置换反应瓶内的空气,并在氮气保护下升温到75～90℃,同时滴加含有引发剂的溶液和其它共聚单体组分1～2h,搅拌下进行聚合反应6～8h.聚合完成后得到粘稠状共聚羧酸溶液.用稀碱溶液调整pH值到中性,并调配溶液含固量在30%左右[12，13]。(3) 聚羧酸系减水剂的分子结构呈梳型,侧链也带有亲水性的活性基团,并且链较长,数量多。根据这种原理选择了三种不同的单体,不饱和酸为马来酸酐,链烃基物质为乙烯基磺酸盐,非离子单体选的是丙烯酸甲酯,以上原料经过必要的纯化手段,引发剂为K2SO4。共聚物合成在装有温度计,滴液漏斗,回流冷凝管的四颈烧瓶中加入蒸馏水,开动搅拌器开始加热,在回流条件下,按配方混合单体加入滴液漏斗中,反应4小时,得到产品,测净浆流动度。影响共聚反应的主要因素有乙烯基磺酸盐、丙烯酸甲酯、马来酸酐及引发剂K2SO4用量[14]。(4) 原料：顺丁烯二酸酐,酰胺类单体,过硫酸铵, 30%过氧化氢,氢氧化钠,化学纯。合成方法：本合成为自由基共聚合反应,采用过硫酸铵 30%双氧水复合引发体系,水溶液聚合法,在102～110℃反应约8小时,产品为浅黄色透明溶液[15]。4、结论 系统研究新型高性能减水剂仍存在很多困难,但研究新型高性能减水剂仍具有重要的理论意义和实用价值。对聚羧酸系减水剂的合成、作用机理和应用等方面的研究都存在一些尚待进一步深入的问题:第一,由于减水剂大多数在水体系中合成,难以了解不同单体间复杂的相互作用;第二,表征对减水剂分子的方法存在局限性,尚不能清楚解释减水剂化学结构与性能的关系,缺乏从微结构方面的研究;第三,虽然聚羧酸系减水剂与水泥的相容性比其它种类减水剂更好,但在混凝土流动性方面,当水泥和外加剂共同使用时,往往发生混凝土塌落度损失太快及快硬等现象,仍存在水泥和化学外加剂相容性问题,还未完全搞清减水剂是怎样工作的;第四,在使用高性能减水剂的混凝土中,当单位水量减少,塌落度增大时,常常发生混凝土粘性太大、出现离析泌水现象等问题。 高性能减水剂的研究已成为混凝土材料科学中的一个重要分支,并推动着整个混凝土材料从低技术向高技术发展。研究聚羧酸系减水剂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。接枝共聚的聚羧酸类减水剂则主要通过不饱和单体在引发剂作用下共聚,将带活性基团的侧链接枝到聚合物的主链上,使其同时具有高效减水、控制塌落度损失和抗收缩、不影响水泥的凝结硬化等作用。展望未来,每一项混凝土技术的特殊要求都需要开发最优的外加剂,每一系列有很多不同的化学组成。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,聚羧酸系减水剂将进一步朝高性能多功能化、生态化、国际标准化的方向发展。聚羧酸系减水剂能获得更好的减水率和更小的塌落度损失，特别是在制备高流动性和低水灰比的混凝土方面具有其它传统的高效减水剂无可比拟的优点，聚羧酸系减水剂将是21世纪减水剂系列中的主要品种。