CN103113036A - 一种改性脂肪族高效减水剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改性脂肪族高效减水剂及其制备方法，所制备的脂肪族高效减水剂具有更高的减水率、更小的混凝土坍落度损失，水泥适应性也更好。该改性脂肪族高效减水剂的制备方法包括：（1）改性剂的制备：丙烯酰胺、亚硫酸钠和水升温溶解，1小时内缓慢滴加甲醛；滴完保温3小时后冷却出料，得到磺甲基化丙烯酰胺改性剂。（2）改性脂肪族高效减水剂的制备：亚硫酸钠加水搅拌溶解；半小时内滴加丙酮；加入预先配好的引发剂溶液；慢速滴加约占总量1/3的甲醛；接着快滴剩余的甲醛，同时滴加改性剂，1小时滴完，继续保温2小时；最后加水冷却出料得到棕红色液体改性脂肪族高效减水剂。

Description

一种改性脂肪族高效减水剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及到一种改性脂肪族高效减水剂及其制备方法，属于建筑材料技术领域。

背景技术

混凝土减水剂已经成为高性能混凝土中的一个重要组成成分。目前在国内市场上，高效减水剂以萘系和聚羧酸系为主，后者由于价格较高，主要用于客运专线等高性能混凝土中，另外还有三聚氰胺系和氨基磺酸系高效减水剂等。萘系减水剂的缺点是坍落度损失较大，并且由于硫酸钠含量较高，低温环境下很容易出现结晶沉淀，严重限制了它的冬季使用范围；而新型聚羧酸系高性能减水剂价格高，在低掺量下对掺量敏感，且与萘系减水剂等不相容，影响其广泛应用；氨基磺酸系减水剂由于掺量临界点难以控制，容易造成混凝土的泌水，原料价格也始终居高不下，导致其使用也非常有限；三聚氰胺系高效减水剂在性能和成本两方面都没有优势，目前的市场份额更小。因此合成和应用低成本新型高效减水剂，一直是混凝土尤其是商品混凝土领域非常重视的问题。

脂肪族高效减水剂是是一种以丙酮、甲醛以及亚硫酸盐等单体为主要原料，通过碳负离子的产生而缩合成脂肪族高分子链。由于其具有掺量小，硫酸钠含量少(<1%)。冬天无结晶、非引气性、不含氯盐、对钢筋无锈蚀。对水泥品种的适应性优于萘系产品，生产工艺比较简单，对环境污染小等优点，在国内取得了广泛应用，特别是在高强混凝土灌注桩、预制混凝土构件和高强混凝土方面应用较多。

关于脂肪族高效减水剂的研究国内已经有一些研究成果，主要集中在油井和建筑行业。目前大多数研究成果可归纳为以丙酮、甲醛和亚硫酸盐（包括无水亚硫酸钠、焦亚硫酸钠及亚硫酸氢钠）等单体为原料，通过低温滴加和加热高温缩合两个步骤合成。另外也有一些在此基础上的改性研究。我国公开专利 CN100357213C和CN102276179A中分别描述了采用对氨基苯磺酸钠进行改性的方法，CN1821150A采用了自制聚羧酸改性剂进行改性，CN101234865A和CN101186459中分别介绍了用纸浆黑稀液和工业副产品进行改性等。脂肪族高效减水剂的反应机理复杂，很多单体和工艺配方都能进行脂肪族高效减水剂的合成，相应产品的性能差异也很大，虽然对于其改性已有较多研究，但引入新单体，对脂肪族高效减水剂的性能进行改性尚有较大空间。

发明内容

本发明的目的是提供一种改性脂肪族高效减水剂的制备方法，该方法通过引入新的单体丙烯酰胺，增大了脂肪族高效减水剂的减水率、减小了混凝土的坍落度损失，并使其水泥适应性更好。

本发明的改性脂肪族高效减水剂的制备方法为：使用丙酮、甲醛作为缩合单体，用亚硫酸钠作为磺化剂，丙烯酰胺作为改性单体，在引发剂作用下合成改性脂肪族减水剂，包括以下步骤：

（1）改性剂的制备：

反应釜中投入丙烯酰胺、亚硫酸钠和水，升温至50℃左右溶解；缓慢滴加甲醛，1小时左右滴完，滴加过程中控制温度在70±3℃；滴完后继续保温3小时左右；然后冷却出料，得到浅黄色透明液体，即磺甲基化丙烯酰胺改性剂。

（2）改性脂肪族减水剂的制备：

反应釜内加水及亚硫酸钠，搅拌溶解；接着滴加丙酮，半小时左右滴完；加入预先配好的引发剂溶液；滴加约占总量1/3的甲醛，控制滴加速度维持釜内温度不超过55℃，2~5小时滴完；接着快速滴加剩余的甲醛，同时滴加改性剂，1小时左右滴完，并控制温度为90℃~95℃，滴完后保温2小时左右；最后加水并冷却至40℃以下出料，得到棕红色液体改性脂肪族高效减水剂。

本发明涉及一种改性脂肪族高效减水剂的制备方法，按重量份数计，包括下述成分：

甲醛：              200~360；

丙酮：              55~70；

亚硫酸钠：      85~265；

丙烯酰胺：      14~45；

引发剂：          1~12；

水：                 400~600。

各组分较佳的重量比为：

甲醛：              240~320；

丙酮：              55~62；

亚硫酸钠：      120~215；

丙烯酰胺：      18~30；

引发剂：          2.5~8；

水：                 450~550。

所述的引发剂采用过硫酸盐，包括过硫酸钾、过硫酸钠和过硫酸铵中的任意一种，用量为反应单体总质量的0.4~2.0%。

所制备的改性脂肪族高效减水剂的浓度为30~40%。

本发明所提供的方法与以往的技术相比具有如下优点：

(1) 通过改性单体丙烯酰胺的引入，增大了脂肪族高效减水剂的减水率、减小了混凝土的坍落度损失，并使其水泥适应性更好；

(2) 本发明方法制备过程中无三废（废水、废气、废渣）排放，对环境无污染，产品本身无味，使用环境好； 

(3) 本发明方法制备的改性脂肪族高效减水剂原料广泛，成本低，适应于建筑、水电、交通等行业的建筑工程，具有良好的应用前景。 

具体实施方式

以下用具体实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。

合成实施例1。

（1）改性剂的制备：反应釜中投入丙烯酰胺21公斤、亚硫酸钠45公斤和水100公斤，升温至50℃溶解；缓慢滴加甲醛44公斤，1小时滴完，滴加过程中控制温度在70±3℃；滴完后继续保温3小时；然后冷却出料，得到浅黄色透明液体，即磺甲基化丙烯酰胺改性剂。

（2）改性脂肪族减水剂的制备：反应釜内加水150公斤及亚硫酸钠100公斤，搅拌溶解；接着滴加丙酮58公斤，半小时滴完；过硫酸钠3公斤加水50公斤配成引发剂溶液后加入反应釜；慢速滴加甲醛65公斤，控制滴加速度维持釜内温度不超过55℃，2~5小时滴完；继续滴加甲醛150公斤，同时滴加第一步所制备的改性剂，1小时滴完，并控制温度为90℃~95℃，滴完后保温2小时；最后加水214公斤并冷却至40℃以下出料，得到棕红色液体改性脂肪族高效减水剂。

合成实施例2。

（1）改性剂的制备：反应釜中投入丙烯酰胺24公斤、亚硫酸钠50公斤和水100公斤，升温至50℃溶解；缓慢滴加甲醛52公斤，1小时滴完，滴加过程中控制温度在70±3℃；滴完后继续保温3小时；然后冷却出料，得到浅黄色透明液体，即磺甲基化丙烯酰胺改性剂。

（2）改性脂肪族减水剂的制备：反应釜内加水150公斤及亚硫酸钠130公斤，搅拌溶解；接着滴加丙酮55公斤，半小时滴完；过硫酸钾5公斤加水50公斤配成引发剂溶液加入反应釜；慢速滴加甲醛65公斤，控制滴加速度维持釜内温度不超过55℃，2~5小时滴完；继续滴加甲醛153公斤，同时滴加第一步所制备的改性剂，1小时滴完，并控制温度为90℃~95℃，滴完后保温2小时；最后加水166公斤并冷却至40℃以下出料，得到棕红色液体改性脂肪族高效减水剂。

合成实施例3。

（1）改性剂的制备：反应釜中投入丙烯酰胺20公斤、亚硫酸钠48公斤和水100公斤，升温至50℃溶解；缓慢滴加甲醛39公斤，1小时滴完，滴加过程中控制温度在70±3℃；滴完后继续保温3小时；然后冷却出料，得到浅黄色透明液体，即磺甲基化丙烯酰胺改性剂。

（2）改性脂肪族减水剂的制备：反应釜内加水150公斤及亚硫酸钠137公斤，搅拌溶解；接着滴加丙酮60公斤，半小时滴完；过硫酸铵3公斤加水50公斤配成引发剂溶液加入反应釜；慢速滴加甲醛66公斤，控制滴加速度维持釜内温度不超过55℃，2~5小时滴完；继续滴加甲醛140公斤，同时滴加第一步所制备的改性剂，1小时滴完，并控制温度为90℃~95℃，滴完后保温2小时；最后加水187公斤并冷却至40℃以下出料，得到棕红色液体改性脂肪族高效减水剂。

合成实施例4。

（1）改性剂的制备：反应釜中投入丙烯酰胺18公斤、亚硫酸钠35公斤和水100公斤，升温至50℃溶解；缓慢滴加甲醛46公斤，1小时滴完，滴加过程中控制温度在70±3℃；滴完后继续保温3小时；然后冷却出料，得到浅黄色透明液体，即磺甲基化丙烯酰胺改性剂。

（2）改性脂肪族减水剂的制备：反应釜内加水150公斤及亚硫酸钠95公斤，搅拌溶解；接着滴加丙酮55公斤，半小时滴完；过硫酸钠4公斤加水50公斤配成引发剂溶液加入反应釜；慢速滴加甲醛64公斤，控制滴加速度维持釜内温度不超过55℃，2~5小时滴完；继续滴加甲醛185公斤，同时滴加第一步所制备的改性剂，1小时滴完，并控制温度为90℃~95℃，滴完后保温2小时；最后加水198公斤并冷却至40℃以下出料，得到棕红色液体脂肪族高效减水剂。

应用实施例1。

参照国家标准GB 8076-2008《混凝土外加剂》中高效减水剂的相关规定，评价掺本发明改性脂肪族高效减水剂的混凝土的减水率、凝结时间及不同龄期强度。试验采用中国水泥厂生产海螺P·O42.5水泥；细度模数为2.7的中砂；南京产玄武岩碎石，5~20mm连续级配；混凝土配合比为C: S: G=330: 700: 1140，调整用水量使新拌混凝土初始坍落度为80mm±10mm，减水剂的掺量为水泥重量的0.4%（折固）。试验结果见表1。

表1  本发明与其它高效减水剂的混凝土性能对比

。

应用实施例2。

采用本发明的改性脂肪族高效减水剂及其它对比脂肪族减水剂产品复配成泵送剂，按照国家标准GB 8076-2008《混凝土外加剂》中泵送剂的相关规定，评价混凝土的含气量、坍落度1h经时变化量及不同龄期强度。试验采用中国水泥厂生产海螺P·O42.5水泥；细度模数为2.7的中砂；南京产玄武岩碎石，5~20mm连续级配；混凝土配合比为C: S: G=360: 836: 1024: 180，泵送剂配方为脂肪族减水剂: 引气剂: 缓凝剂: 水=0.75: 0.03: 0.1: 0.12，泵送剂掺量为水泥重量的1.2%。试验结果见表2。

表2  本发明与其它高效减水剂的混凝土性能对比

。

虽然本发明通过实施例进行了描述，但实施例并非用来限定本发明。本领域技术人员可在本发明的精神的范围内，做出各种变形和改进，例如成分比例或时间范围的调整，这种调整后的效果是可预测的，所以其同样在本发明的保护范围之内。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求相同或等同的技术特征所界定的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种改性脂肪族高效减水剂，其特征在于，按重量份数计，包括下述成分原料组分：

甲醛：              200~360；

丙酮：              55~70；

亚硫酸钠：      85~265；

丙烯酰胺：      14~45；

引发剂：          1~12；

水：                 400~600。

2.根据权利要求1所述的改性脂肪族高效减水剂的制备方法，其特征在于，原料组分按照下述重量份制备而成：

甲醛：              240~320；

丙酮：              55~62；

亚硫酸钠：       120~215；

丙烯酰胺：      18~30；

引发剂：          2.5~8；

水：                 450~550。

3.根据权利要求1所述的改性脂肪族高效减水剂的制备方法，其特征在于：所述的引发剂采用过硫酸盐，包括过硫酸钾、过硫酸钠和过硫酸铵中的任意一种。

4.一种权利要求1-3之一所述改性脂肪族高效减水剂的制备方法，其特征在于：使用丙酮、甲醛作为缩合单体，用亚硫酸钠作为磺化剂，丙烯酰胺作为改性单体，在引发剂作用下合成改性脂肪族减水剂，包括以下步骤：

（1）改性剂的制备：

反应釜中投入丙烯酰胺、亚硫酸钠和水，升温至50℃溶解；缓慢滴加甲醛，1小时滴完，滴加过程中控制温度在70±3℃；滴完后继续保温3小时；然后冷却出料，得到浅黄色透明液体，即磺甲基化丙烯酰胺改性剂；

（2）改性脂肪族减水剂的制备：

反应釜内加水及亚硫酸钠，搅拌溶解；接着滴加丙酮，半小时滴完；加入预先配好的引发剂溶液；慢速滴加约占总量1/3的甲醛，控制滴加速度维持釜内温度不超过55℃，2~5小时滴完；接着快速滴加剩余的甲醛，同时滴加改性剂，1小时滴完，并控制温度为90℃~95℃，滴完后保温2小时；最后加水并冷却至40℃以下出料，得到棕红色液体改性脂肪族高效减水剂。

5.根据权利要求4所述的改性脂肪族高效减水剂的制备方法，其特征在于：所述引发剂用量为反应单体总质量的0.4~2.0%。

6.根据权利要求4所述的改性脂肪族高效减水剂的制备方法，其特征在于：所述改性脂肪族高效减水剂制备过程中慢速滴加甲醛的时间为2~5小时，具体时间根据环境温度调整，以便反应釜温度能更好的控制在55℃以下。

7.根据权利要求4所述的改性脂肪族高效减水剂的制备方法，其特征在于：所制备的改性脂肪族高效减水剂的浓度为30~40%。