CN101665337A - 一种利用木质素磺酸盐改性脂肪族高效减水剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

利用木质素磺酸盐改性脂肪族制备高效减水剂的方法属于混凝土减水剂领域。本发明采用丙酮和甲醛作为缩合单体，以木质素磺酸盐为改性剂，在碱性条件下进行磺化、缩合反应，生产新型高效混凝土减水剂。其制备方法如下：(1)将磺化剂、丙酮和水加入反应器，升温至25～65℃后反应0.1～1.5h；(2)滴加部分甲醛溶液0.25～2.5h，升温至70～95℃后反应1～6h；(3)降温至60℃以下，将木质素磺酸盐与剩余的甲醛溶液加入反应器，用碱性调节剂将体系pH值调至8.0～14.0，升温至70～98℃后反应1～5h降温出料。本发明产品适用于商品混凝土的生产，混凝土颜色与基准混凝土颜色相近且塌落度损失小。通过原料的配比等工艺调整和木质素磺酸盐的有效利用，既降低产品成本，又减少了环境污染物，具有良好的产业化前景。

Description

一种利用木质素磺酸盐改性脂肪族高效减水剂及其制备方法

技术领域：

本发明涉及一种建筑材料，适用于建筑工程中砂浆或混凝土的高效减水剂的制备方法，更具体地说是一种利用木质素磺酸盐制备脂肪族高效减水剂。

技术背景：

随着建筑行业的不断发展，混凝土需求量与日俱增。建筑工业的飞速发展和设计水平的不断提高，从建筑物的使用寿命、实用性和节约成本等出发，对混凝土提出了更高的要求，如提高混凝土的强度，改善预拌混凝土的和易性，减少混凝土的塌落度损失等。过去使用的普通混凝土已不能满足要求，在混凝土中掺加高效减水剂是提高混凝土强度，改善混凝土各种性能的有效办法。目前混凝土行业采用的高效减水剂以萘系为主，约占市场的90％左右。但随着萘系的广泛使用，其自身的缺陷也突显出来，首先工业萘价格不稳定，波动幅度大，萘系减水剂的减水率不够高，其次配制的混凝土塌落度损失大，特别对预拌混凝土的远距离运输中尤为明显，并且萘系减水剂溶液中盐含量高，冬季易沉淀、结块，严重影响其使用。

脂肪族高效减水剂不同于萘系减水剂，由于其具有减水率高，早期强度提高明显，生成工艺简单和成本相对低廉等优势，近几年成为国内外的研究重点。国内近几年已经有一些研究成果。我国公开专利CN 1634794A(脂肪族磺酸盐高效减水剂及其制备方法)采用含羰基的酮类化合物和醛类化合物作为缩合单体，以亚硫酸盐为磺化剂，在碱性水溶液中缩合反应制得。该产品可作为高强度混凝土和泵送混凝土的高效减水剂。CN 1704371A(对氨基苯磺酸盐-磺化丙酮-甲醛缩合物高效减水剂及其制备方法)采用对氨基苯磺酸或对氨基苯磺酸盐、亚硫酸(氢)或焦亚硫酸钠、丙酮和甲醛为主要原料合成。能够解决混凝土的稠度受温度因素的影响损失较快的问题。CN 101186459A(利用工业副产物制造脂肪族高效减水剂的方法及其应用)采用对苯酚、甲酚和保险粉生产中的工业副产品的磺化，再与丙酮、甲醛和亚硫酸盐进行磺化和缩合反应。制得的产品成本降低10～20％，适用于配置各种混凝土构件和预拌混凝土的生产。脂肪族高效减水剂的优点突出，但是也存在着一些缺陷，如拌制的混凝土颜色鲜红，混凝土易离析，泌水。目前，各国倾向于对其改性的研究。

目前石油资源日益枯竭、价格上涨，它的开发与应用对生态环境的影响日趋严重，这使得天然高分子材料迅速发展。木质素与纤维素及半纤维素共同形成植物体骨架，是自然界中在数量上仅次于纤维素的第二大天然高分子材料。每年造纸行业产生的制浆废液中约含有5000万吨的木质素，因而是极具潜力的可再生资源。我国对木质素的利用率很低，超过95％的制浆废液木质素仍然主要作为废弃物，随废水直接排入江河或浓缩后经焚烧处理。造纸废水的排放不仅造成资源的很大浪费，同时又污染环境。如何有效利用木质素是目前亟待解决的问题。木质素磺酸盐来源于酸法制浆废液，是帮助纸浆企业消化处理纸浆废液、降低河道污染、保护环境的一种重要的环保产品。生产1吨木质素磺酸盐，能帮助企业处理2.5吨浓度为40％左右的纸浆废液，相应地降低了纸浆企业废液排放对江河的化学污染。本发明利用木质素磺酸盐改性脂肪族制备高效减水剂，克服了普通脂肪族高效减水剂在应用时出现的离析、泌水、混凝土颜色发红等缺点，同时也有效地使用了木质素磺酸盐，即降低产品的生产成本，又减少了环境污染物，具有良好的产业化前景。

发明内容

本发明的目的在于针对脂肪族高效减水剂的自身缺点，提供一种利用木质素磺酸盐改性脂肪族高效减水剂及其制备方法。

1本发明所提供的一种利用木质素磺酸盐改性脂肪族高效减水剂及其制备方法，其特征在于以下步骤：

(1)将磺化剂、丙酮和水加入反应器，升温至25～65℃后反应0.1～1.5h；

(2)滴加部分甲醛溶液0.25～2.5h，升温至70～95℃后反应1～6h；

(3)降温至60℃以下，将木质素磺酸盐与剩余的甲醛溶液加入反应器，用碱性调节剂将体系PH值调至8.0～14.0，升温至70～98℃后反应1～5h降温出料，即制备得产品。上述原料用量如下(按重量计)

丙酮          10

甲醛          10～45

磺化剂        5～35

木质素磺酸盐  5～40

水            35～155

2根据权利要求1所述，滴加部分甲醛的量为总甲醛用量的60～100％，剩余甲醛量为总甲醛用量的0～40％。

3根据权利要求1所述，磺化剂为亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠中的一种或几种。

4根据权利要求1所述，其碱性调节剂为氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化钾、氨水中的一种或几种。

5根据权利要求1所述，其木质素磺酸盐为木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、木质素磺酸镁中的一种或几种。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1本发明的减水剂配制的混凝土颜色与基准混凝土颜色相近，适宜于各种混凝土的应用。

2本发明的减水剂，拌制的混凝土具有低塌落度损失，无离析、泌水等优点。

3本发明有效的利用了木质素磺酸盐，既降低产品成本，又减少了环境污染物。

4本发明生产工艺简单，反应条件温和，生产周期短，所需设备为常规设备，整个生产过程中无“三废”(废气、废液、废渣)排放。

具体实施方式

实施例1：先将1kg丙酮、3kg亚硫酸钠、0.5kg亚硫酸氢钠和13kg水加入反应器中，搅拌均匀，升温至25℃反应1.5h，接着滴加0.6kg甲醛溶液1.75h，然后升温至95℃反应5h，再降温至60℃，将2.5kg木质素磺酸盐与0.4kg甲醛溶液加入反应器中，用碱性调节剂将体系PH值调至8.0，最后升温至86℃反应1h后降温出料，即得到产品。

实施例2：先将1kg丙酮、1.5kg亚硫酸钠、0.5kg亚硫酸氢钠、1.2kg焦亚硫酸钠和14.5kg水加入反应器中，搅拌均匀，升温至30℃反应1.2h，接着滴加1.05kg甲醛溶液2h，然后升温至92℃反应4.5h，再降温至58℃，将3.5kg木质素磺酸盐与0.45kg甲醛溶液加入反应器中，用碱性调节剂将体系PH值调至9.0，最后升温至92℃反应2.5h后降温出料，即得到产品。

实施例3：先将1kg丙酮、2kg亚硫酸钠、1kg焦亚硫酸钠和15.2kg水加入反应器中，搅拌均匀，升温至32℃反应1h，接着滴加1.3kg甲醛溶液0.25h，然后升温至88℃反应1h，再降温至55℃，将4kg木质素磺酸盐与0.7kg甲醛溶液加入反应器中，用碱性调节剂将体系PH值调至13.0，最后升温至70℃反应1.5h后降温出料，即得到产品。

实施例4：先将1kg丙酮、1kg亚硫酸钠和4.5kg水加入反应器中，搅拌均匀，升温至50℃反应0.5h，接着滴加3.5kg甲醛溶液0.5h，然后升温至70℃反应1.5h，再降温至50℃，将0.5kg木质素磺酸盐加入反应器中，用碱性调节剂将体系PH值调至14.0，最后升温至98℃反应4h后降温出料，即得到产品。

实施例5：先将1kg丙酮、0.8kg焦亚硫酸钠和10kg水加入反应器中，搅拌均匀，升温至58℃反应0.25h，接着滴加3.6kg甲醛溶液2.5h，然后升温至75℃反应6h，再降温至55℃，将3.5kg木质素磺酸盐与0.4kg甲醛溶液加入反应器中，用碱性调节剂将体系PH值调至9.5，最后升温至75℃反应5h后降温出料，即得到产品。

实施例6：先将1kg丙酮、0.5kg亚硫酸氢钠和3.6kg水加入反应器中，搅拌均匀，升温至65℃反应0.1h，接着滴加4.27kg甲醛溶液2h，然后升温至80℃反应2h，再降温至53℃，将0.8kg木质素磺酸盐与0.23kg甲醛溶液加入反应器中，用碱性调节剂将体系PH值调至12.5，最后升温至80℃反应4.5h后降温出料，即得到产品。

减水剂性能

1水泥净浆流动度

根据GB/T 8077-2000《混凝土外加剂均质性试验方法》中关于水泥净浆流动度试验方法进行流动度试验，水泥为42.5基准水泥，水灰比0.29，减水剂掺量占水泥重量的0.6％(以固体成分计)。

表1水泥净浆流动度及经时损失值

2砂浆减水率

根据GB/T 8077-2000《混凝土外加剂均质性试验方法》中关于砂浆减水率试验方法进行试验，水泥为42.5基准水泥，砂为ISO标准砂。减水剂掺量占水泥重量的0.6％(以固体成分计)。

表2砂浆减水率

3混凝土泌水率比

根据GB 8076-2008《混凝土外加剂》中关于泌水率比测定方法进行试验，减水剂掺量占水泥重量的0.6％(以固体成分计)。

表3混凝土泌水率比

4混凝土抗压强度比

根据GB 8076-2008《混凝土外加剂》中关于混凝土抗压强度比测定方法进行试验，减水剂掺量占水泥重量的0.6％(以固体成分计)。

表4混凝土抗压强度比

结果表明本发明高效减水剂具有高流动度，低流动度损失，高减水率，低泌水率，对混凝土抗压强度提高显著等特点。

Claims (5)

1一种利用木质素磺酸盐改性脂肪族高效减水剂及其制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将磺化剂、丙酮和水加入反应器，升温至25～65℃后反应0.1～1.5h；

(2)滴加部分甲醛溶液0.25～2.5h，升温至70～95℃后反应1～6h；

(3)降温至60℃以下，将木质素磺酸盐与剩余的甲醛溶液加入反应器，用碱性调节剂将体系PH值调至8.0～14.0，升温至70～98℃后反应1～5h降温出料，即制备得产品。上述原料用量如下(按重量计)

丙酮              10

甲醛              10～45

磺化剂            5～35

木质素磺酸盐      5～40

水                35～155

2根据权利要求1所述，滴加部分甲醛的量为总甲醛用量的60～100％，剩余甲醛量为总甲醛用量的0～40％。

3根据权利要求1所述，磺化剂为亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠中的一种或几种。

4根据权利要求1所述，其碱性调节剂为氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化钾、氨水中的一种或几种。

5根据权利要求1所述，其木质素磺酸盐为木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、木质素磺酸镁中的一种或几种。