常温合成聚羧酸减水剂设备
高耗能企业多集中于建材、冶金、化工等行业，建材行业的节能减排对社会的可持续发展意义重大，聚羧酸减水剂的常温合成设备具有节能降耗、绿色环保、简化工艺、提率等一系列优势，符合经济和社会发展趋势。以此为出发点，中建材中岩科技有限公司以节能减排为设计理念，确立了常温合成工艺的研究思路，并实现了工艺突破并在中岩各分子公司得到产业化推广应用。
瑞山科技近年从事聚羧酸减水剂常温合成设备的研发和产业化工作的实际体会，就常温合成聚羧酸减水剂新工艺及其特点、意义和发展谈几点看法。
聚羧酸减水剂的常温合成工艺
聚羧酸减水剂是继木钙为代表的普通减水剂和以萘系为代表的减水剂之后发展起来的第三代减水剂，是目前世界，科技含量高、应用前景好、综合性能优的一种减水剂。工程施工及应用中对混凝土建筑物的耐久性和强度要求越来越高，这要求开发出具有更的聚羧酸减水剂。近年来，随着国家对节能减排的愈加重视及低碳经济理念的迅速推广，科技工作者在力争提高混凝土减水剂性能的同时也关注如何减少其对能源的消耗。由此，聚羧酸减水剂的常温合成工艺应运而生，并得到迅速发展。
聚羧酸减水剂常温合成是通过聚合过程中引发剂体系的改变来实现的，即在过氧类引发剂中加入还原剂使之形成氧化还原引发体系，从而使产生的自由基可降低分解活化，有利于聚合反应在较低的温度下进行，有利于节约能源，同时可改善聚合物性能。目前，中岩科技公司采用常温工艺量产的聚羧酸减水剂性能已达到传统工艺制备的聚羧酸减水剂性能要求，随着常温合成聚羧酸工艺的逐渐成熟，常温工艺制备的聚羧酸减水剂性能将进一步提升。
聚羧酸减水剂常温合成的显著特征
聚羧酸减水剂具有掺量低、减水率高等特点而被广泛应用，其合成工艺也很成熟，各种新技术层出不穷，但绝大部分都是在较高的温度下合成且长时间保温，耗费能量较大，生产设备复杂。中岩科技公司研发团队通过选择合适的引发体系，自主研发了常温条件下聚羧酸减水剂的合成工艺，该工艺无需加热，可采用一次性投料方式，节约了能源，降低了能耗，使生产工艺和生产设备得以简化，提高了生产效率，降低了企业投资和运营成本，并且生产过程清洁、环保、。
1.节约能源降低能耗
目前市场上应用较多的聚羧酸减水剂主要有两类：一类是两步法合成的酯类聚羧酸减水剂，其合成工程采用甲氧（MPEG）和过量甲基丙烯酸（或丙烯酸、马来酸酐、衣糠酸）行酯化，再用水作溶剂，在一定温度下同时滴加过氧化物水溶液（引发剂）和甲氧基（MPEG）酯化物的水溶液，进行共聚，再保温熟化一定时间，降温中和得到酯类聚羧酸减水剂。另一类是醚型聚羧酸减水剂，采用不饱和醇、聚醚为原料，将不饱和醇、聚醚和水作为底料（有时还需加入部分含活泼双键的其它单体），投入过氧化物（引发剂），在一定温度下，同时滴加链转移剂水溶液和含活泼双键的共聚单体进行共聚，保温熟化一定时间后，降温中和得到醚类聚羧酸减水剂。这两种合成方法的共同点是在生产过程中都需要保持温度及滴加活性单体，在滴加过程中需要不间断的进行搅拌，以使物料充分混合反应。目前，酯类聚羧酸减水剂的合成温度通常为90℃～120℃，合成时间为8～10小时，醚类聚羧酸减水剂的合成温度大多在60℃～100℃，反应时间一般为6～8小时。
常州瑞杉科技开发的聚羧酸减水剂常温合成设备是采用水溶性氧化—还原引发体系，引发剂的加入方式选择一次性加入或滴加加入。氧化—还原体系的加入降低了引发剂分解成自由基的活化能，加快引发剂的分解，从而实现低温条件下的自由基聚合反应，同时加快了聚合速度。改进工艺后，聚羧酸减水剂的合成温度降低至10℃～30℃，合成时间降低为2～4小时。
常温制备聚羧酸减水剂过程中一般无需加热升温或保温，仅当固态原料所占比例较大时，需将原料熔化或溶解于溶剂中，耗费能源。当引发体系和活性单体采用滴加加入方式时，合成过程需一直搅拌，以避免匀质性不良现象；引发体系和活性单体采用一次性加入方式时，合成过程仅需简单搅拌，生产能耗降至低。以功率为11kW的10t反应釜生产一釜聚羧酸减水剂为例：合成时间由8小时缩短至3小时，节约电能55kW·h；传统方法合成聚羧酸减水剂过程中需将反应用水和夹套内用于加热或保温的水事先加热至95℃，每釜反应用水量约为2.4t，夹套加热或保温用水约为4t，假设室温为20℃，则传统合成方法加热共计消耗电能约556kW·h；因此，采用常温合成工艺后，聚羧酸减水剂每釜的生产能耗由原来的644kW·h降低至33kW·h，节约电能611kW·h，约为传统工艺能耗的95%，每釜产品节约成本节约480元，折合每吨产品成本降低约50元，既达到了节约能源的目的，也取得了显著的经济效益。
2.绿色环保
聚羧酸减水剂常温制备工艺绿色环保、整个生产过程无“三废”排放，是一种绿色环保的合成方法，积极响应了国家清洁生产的号召。
根据减水剂的发展历程，一般把减水剂的发展分为三个阶段：代是以木钙、木钠为代表的普通减水剂，减水率在6％～12％，该系列产品已不能满足混凝土的发展要求；第二代是以萘系和为代表的减水剂，减水率在15％～25％，在生产过程中有的工艺中由于甲醛、工业萘和等原材料的使用会造成严重环境污染问题，不符合环境友好型社会发展要求；第三代是以聚羧酸盐为代表的减水剂，其具有减水率高（可达30％），掺量少（0.2％～0.4％），所配制混凝土具有强度高、绿色环保等优点，是目前外加剂行业的主导产品和发展方向。
聚羧酸系减水剂传统生产过程中由于加热会产生少量有机废气，常温合成工艺基本实现了有机废气有组织零排放。聚羧酸减水剂常温合成工艺由于减少了加热或降温负荷，则减少了蒸汽循环用水以及冷却水的使用，基本实现生产工艺废水零排放。此外，常温合成工艺较传统工艺节约能耗高达90%以上，并有助于减少粉尘排放，实现全面清洁生产。
3.简化生产工艺，提高生产效率
聚羧酸减水剂常温合成设备可以简化现有生产工艺、精简合成过程所需机械设备、缩短减水剂合成周期、提高原材料反应效率，并且显著降低投资和运营成本。
，聚羧酸减水剂常温合成设备生产过程中不需要严格控制反应温度，减少了加热及冷却步骤，降低了反应温度波动带来的产品稳定性问题；其次，当合成过程中引发体系及活性单体采用一次性加入方式时，减少了滴加速度控制装置，简化了操作，并节省了人力、物力，且对于投资建厂而言节省投资成本，可以实现聚羧酸减水剂工厂的小型化发展。
实际运营过程中，液体聚羧酸液体减水剂中水的含量通常在60%左右，如果在工厂中生产聚羧酸减水剂后，再将聚羧酸减水剂运送至施工现场，势必会造成运输成本大大增加；此外，大型建设工程，比如高速公路、铁路等项目施工场地经常转移，施工线路很长，沿线建厂可能面临工程结束后难以运营的状态。聚羧酸减水剂常温合成工艺的突破可以有效解决以上难题。聚羧酸减水剂常温合成工艺降低了对生产设备的要求，减少建厂投资成本，降低企业运营成本，使在工程沿线投资建设小规模聚羧酸减水剂临时生产工厂成为可能，也使现有聚羧酸减水剂生产规模扩大更加容易。
简化生产工艺的同时，聚羧酸减水剂常温合成工艺大大缩短了产品的生产周期。采用聚羧酸减水剂常温合成工艺可将聚羧酸合成时间从6～10小时缩短至2～4小时，在不增加工人数量，不增加设备的情况下，生产效率和产量显著提高。以中岩科技山东中岩生产基地为例，传统生产工艺日产量为150吨，采用常温合成工艺后日产量提高至300～450吨。
聚羧酸减水剂聚合过程中氧化-还原体系产生的自由基数量可能较氧化剂单热分解产生少，但氧化剂单热引发产生自由基存在引发效率的问题，所以常温合成工艺自由基引发效率较传统工艺更高，充分节约原材料，有效提高生产效率。
聚羧酸减水剂常温工艺的展望
聚羧酸减水剂常温合成工艺出现以来已取得长足发展，未来在常温合成工艺基础上开发功能型或功能复合型聚羧酸减水剂、严寒地区低温聚羧酸减水剂合成工艺及聚羧酸减水剂小型生产设备将成为新的研究方向。