CN101870566A - 碱木质素改性脂肪族高效减水剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种碱木质素改性脂肪族高效减水剂及其制备方法，先将水、焦亚硫酸钠、碱木质素加入反应容器内，在温度20～40℃以下加入丙酮，搅拌60分钟；然后滴加甲醛溶液，控制滴加速度，在1～2h滴加完毕，然后加热升温至80～120℃，恒温反应3～5h，即可得到质量浓度为30％～40％的浅红色液态成品碱木质素改性脂肪族高效减水剂。本发明通过调整原料配比，添加适量的改性剂碱木质素对其改性，降低生产成本，同时提高减水剂性能，包括减水率、分散性、保坍性等性能，制得一种生产成本更低同时具有高性能，方法简单，易于工业化生产的碱木质素改性脂肪族减水剂。

Description

碱木质素改性脂肪族高效减水剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种减水剂及其制备方法，尤其是一种碱木质素改性脂肪族高效减水剂及其制备方法。

背景技术

随着建筑业及水利工程的迅速发展，对混凝土各方面的性能不断提出新的要求。普通混凝土很难满足新的施工工艺要求。许多国家已把外加剂作为混凝土的第五种组分材料而广泛应用。减水剂是混凝土中用量最大的外加剂品种，按其减水剂效果可分为普通减水剂和高效减水剂。随着工程质量要求的提高，高效减水剂的发展越来越受到重视。

减水剂的作用，可明显减少拌和混凝土时所加入的水量，同时大幅度提高混凝土浆的流动性和强度，从而提高工程的质量。欧美发达国家自20世纪30年代起开始在建筑业使用水泥减水剂，至今已有近70余年的历史。目前，这些国家的减水剂的使用率在80％以上。而我国只用20％，但是增长迅猛。

目前，在国内减水剂的应用中，存在着以萘系高效减水剂为主流，以蜜胺树脂、氨基磺酸盐、脂肪族和改性木质素等高效减水剂并同发展，以聚羧酸高性能减水剂逐步深入研究和初步应用为方向的趋势。但是，各类高效减水剂在应用中尚存在不少问题：萘系减水剂除了含碱量高和它的加入致使新拌混凝上易产生泌水和离析分层而影响硬化混凝土的耐久性问题外，还对人类和野生生物具有潜在的毒性，且其副产品(短链的萘磺酸盐和单体萘)不能完全被吸附并能向水中迁移而造成水资源污染，还因其主要原材料萘来源于石油产品、合成过程需要140℃以上的高温等原因存在能源问题；蜜胺树脂稳定性不佳，改性木质素过度缓凝且损失大，氨基磺酸盐泌水量大且对掺量敏感，而聚羧酸高性能减水剂的价格一直随石油价格的上涨而猛涨。相比而言，脂肪族高效减水剂除了存在易渗色等少部分缺点外，由于其具有原材料来源广、价格低、掺量小、减水率高、与水泥适应性好、无污染和性价比优于萘系产品等优点，正越来越受到社会的青睐。但目前它的合成方法很杂乱，合成工艺也缺乏系统性研究，需要进一步优化。目前脂肪族高效减水剂的合成方法很多，现有技术中脂肪族高效减水剂工业化生产工艺如下：

(1)将氢氧化钠溶于一定量的水中，加入带有回流冷凝器的反应器中，而后加入丙酮搅拌40分钟，控制温度在52℃以下；

(2)将甲醛溶液、焦亚硫酸钠及水组成的混合物滴加到第一步反应的容器中，控制滴加反应速度，在4±0.5h滴加完毕，控制温度在75℃以下；

(3)将滴加甲醛后的反应容器内的溶液升温至83±5℃，反应4±0.5h，反应完毕后再加水冷却到50℃以下即得成品；

该工艺反应周期较长约为22h，反应产物的分子量分布也不均匀，产品色较深，用后混凝土带色严重，产品减水率和保坍性均差，且具有一定的引气性影响混凝土的抗压强度。，因此需要对其改性。

针对这些问题，这里对脂肪族高效减水剂的合成工艺进行了改进，从其合成机理等方面进行分析发明了一种性能更好的改性脂肪族高效减水剂。

发明内容

为了克服以上缺陷，本发明要解决的技术问题是：提出一种生产的产品具有高减水率，方法简单、易工业化生产的碱木质素改性脂肪族减水剂及其制备方法。

本发明所采用的技术方案为：一种碱木质素改性脂肪族高效减水剂，其结构为：

其中a，b，c，d表示各单体在聚合物中的重复单元数，a＝80～200，b＝80～200，c＝80～200，d＝80～200。

根据本发明的另外一个实施例，碱木质素改性脂肪族高效减水剂进一步包括原料的重量配比为：

焦亚硫酸钠    15.5％～23.6％，

丙酮          5％～13％，

甲醛溶液      15～23.6％，

碱木质素      10～15％，

水            38～43.7％。

根据本发明的另外一个实施例，碱木质素改性脂肪族高效减水剂进一步包括原料的最佳重量配比为：

焦亚硫酸钠    17.28％，

丙酮          10.19％，

甲醛溶液      20％，

碱木质素      13.57％，

水            38.96％。

本发明还公开了一种碱木质素改性脂肪族高效减水剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将水、焦亚硫酸钠、碱木质素加入反应容器内，在温度20～40℃以下加入丙酮，搅拌60分钟；

(2)滴加甲醛溶液，控制滴加速度，在1～2h滴加完毕，然后加热升温至80～120℃，恒温反应3～5h，即可得到质量浓度为30％～40％的浅红色液态成品改性脂肪族高效减水剂。

本发明与现有技术相比，具有以下的优先和效果：

意在保持目前的脂肪族减水剂的工业化生产工艺不变的情况下，通过调整原料配比，添加适量的改性剂碱木质素对其改性，降低生产成本，同时提高减水剂性能，包括减水率、分散性、保坍性等性能。制得一种生产成本更低同时具有高性能。方法简单，易于工业化生产的碱木质素改性脂肪族减水剂。

本发明分别研究了两种减水剂在净浆流动度、试配混凝土、减水率，试配混凝土上的对比如下：

净浆流动度对比

减水剂类型	掺量	用水量	水泥用量	流动度	水泥
						普通脂肪族	1.3％	105g	300g	196	金峰水泥
碱木质素改性脂肪族	1.3％	105g	300g	213	金峰水泥

通过净浆流动度对比可以看出，碱木质素改性脂肪族减水剂强于普通脂肪族减水剂。

配置混凝土使用效果对比

通过使用效果对比可以看出，碱木质素改性脂肪族减水剂的分散性和保坍性强于普通脂肪族减水剂。

配置混凝土强度对比(MPa)

减水剂类型	水泥	3天	7天	28天
					普通脂肪族	金峰水泥	8.93	16.91	34.26
碱木质素改性脂肪族	金峰水泥	9.86	18.73	37.45

通过对比可以看出，碱木质素改性脂肪族减水剂的强度明显高于普通脂肪族减水剂。

减水率对比

减水剂类型	掺量(％)	减水率(％)
			普通脂肪族	1.3	15.24
碱木质素改性脂肪族	1.3	16.13

通过对比可以看出，在相同掺量的情况下，碱木质素改性脂肪族减水剂对混凝土减水率的影响高于普通脂肪族减水剂对混凝土减水率的影响。

本发明制备的碱木质素改性脂肪族减水剂用量为1.3％时，减水率达16.13％，减水率比普通脂肪族减水剂的减水率高，同时其3天，7天和28天的抗压强度也高于普通脂肪族减水剂，试配中的混凝土的保坍性、分散性、流动性也强于普通脂肪族减水剂。本发明提供的碱木质素改性脂肪族减水剂对水泥适用性广泛，和易性、粘聚性好。与其他各类外加剂配伍良好；能显著提高砼的抗冻融，抗渗，抗硫酸盐侵蚀，并全面提高砼的其他物理性能；特别适用以下砼：流态塑化砼，自然养护、蒸养砼，抗渗防水砼，耐久性抗冻融砼，抗硫酸盐侵蚀海工砼，以及钢筋、预应力砼；无毒，不燃，不腐蚀钢筋，冬季无硫酸钠结晶。

具体实施方式

现在结合优选实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例一：

原料重量配比为

焦亚硫酸钠      17.28％，

丙酮            10.19％，

甲醛溶液        18％，

碱木质素    13.57％，

水          38.96％。

具体操作过程过程如下：

将水、焦亚硫酸钠加入反应容器内，在温度20℃以下加入丙酮搅拌60分钟，将甲醛溶液滴加到反应容器中，控制滴加反速度在2小时滴加完毕，然后加热升温至80℃，恒温反应3小时得到质量浓度为30％左右的浅棕红色液态成品改性脂肪族高效减水剂。

实施例二：

原料重量配比为

焦亚硫酸钠：15％

丙酮：      11.3％

甲醛溶液：  20.6％

碱木质素：  12.1％

水：        47％；

具体操作过程过程如下：

将水、焦亚硫酸钠加入反应容器内，在温度20℃以下加入丙酮搅拌60分钟，将甲醛溶液滴加到第一步的反应容器中，控制滴加反速度在1小时滴加完毕，然后加热升温至120℃，恒温反应5小时，得到质量浓度为35％的棕红色液态成品脂肪族高效减水剂。

实施例三：

焦亚硫酸钠：16.58％

丙酮：      9.89％

甲醛溶液：  18.57％

碱木质素：12.6％

水：      40.36％，

具体操作过程过程如下：

将水、焦亚硫酸钠、碱木质素加入反应容器内，在温度40℃以下加入丙酮搅拌回流60分钟，质量浓度37％甲醛溶液滴加到反应容器中，控制滴加反速度在2小时滴加完毕，然后加热升温至80℃，恒温反应4小时得到质量浓度为37％的棕红色液态成品脂肪族高效减水剂。

实施例4

焦亚硫酸钠  17.28％，

丙酮        10.19％，

甲醛溶液    20％，

碱木质素    13.57％，

水          38.96％。

将水、焦亚硫酸钠、碱木质素加入反应容器内，在温度40℃以下加入丙酮搅拌回流60分钟，质量浓度37％甲醛溶液滴加到反应容器中，控制滴加反速度在2小时滴加完毕，然后加热升温至120℃，恒温反应5小时得到质量浓度为40％的棕红色液态成品脂肪族高效减水剂。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (4)

1.一种碱木质素改性脂肪族高效减水剂，其特征在于其结构为：

其中a，b，c，d表示各单体在聚合物中的重复单元数，a＝80～200，b＝80～200，c＝80～200，d＝80～200。

2.根据权利要求1所述的碱木质素改性脂肪族高效减水剂，其特征在于原料的重量配比为：

焦亚硫酸钠   15.5％～23.6％，

丙酮         5％～13％，

甲醛溶液     15～23.6％，

碱木质素     10～15％，

水           38～43.7％。

3.根据权利要求2所述的碱木质素改性脂肪族高效减水剂，其特征在于原料的最佳重量配比为：

焦亚硫酸钠     17.28％，

丙酮           10.19％，

甲醛溶液       20％，

碱木质素       13.57％，

水             38.96％。

4.一种碱木质素改性脂肪族高效减水剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)将水、焦亚硫酸钠、碱木质素加入反应容器内，在温度20～40℃以下加入丙酮，搅拌60分钟；

(2)滴加甲醛溶液，控制滴加速度，在1～2h滴加完毕，然后加热升温至80～120℃，恒温反应3～5h，即可得到质量浓度为30％～40％的浅红色液态成品改性脂肪族高效减水剂。