CN106396451A - 一种改性脂肪族高效减水剂及其制备方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及脂肪族高效减水剂生产技术领域，具体涉及一种改性脂肪族高效减水剂及其制备方法和用途；包括如下重量份的原料：废糖蜜150～200份、磺化剂90～140份、丙酮100份、甲醛溶液270份、催化剂5～10份、活性剂10～20份、水350～400份；本发明提供的高效减水剂应用于混凝土中时，具有减水率高，坍落度损失小，无泌水、离析，能有效改善砼和易性等优良特性。

Description

一种改性脂肪族高效减水剂及其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及建筑材料中减水剂生产技术领域，具体涉及一种改性脂肪族高效减水剂。
背景技术
随着我国经济的快速发展，建筑行业的发展也是日新月异，特别是国家“一带一路”政策提出后，高速公路铁路等建设更是蓬勃发展。同时，对混凝土各方面的性能也提出更高的要求，普通的混凝土已经很难满足新的施工和性能要求。随着建筑工程质量要求的提高，对减水剂性能的要求也越来越高。
脂肪族减水剂是上个世纪80年代发展起来的一种新型混凝土减水剂，是以酮类化合物、醛类化合物、亚硫酸盐等为主要原料，在碱性条件下通过产生碳负离子缩合形成一定分子量大小的碳氢主链，通过磺化反应打开羰基，引入亲水性的磺酸基，而制得的阴离子高分子表面活性剂。脂肪族高效减水剂具有原材料来源广泛，生产工艺简单，对环境无污染；但也有很多不足，例如目前市场上现有的脂肪族高效减水剂在用于新拌混凝土中时，都不同程度的表现出颜色发黄，易泌水离析，混凝土和易性差，混凝土经时损失大等特点，所以不能直接应用于市政工程、高速公路、铁路等外观要求较高的混凝土中。另外，合成脂肪族高效减水剂的主要原料丙酮的价格远高于其他材料价格，丙酮的生产和石油息息相关，且随着石油价格的升高而升高，间接的导致了脂肪族减水剂价格的上涨。
为了提高脂肪族高效减水剂的性能和降低生产成本，也有不少专利提出对脂肪族减水剂进行改性处理。例如，CN102270179A描述了采用对氨基苯磺酸钠进行改性的方法；CN1821150A采用自制聚羧酸改性剂进行改性；CN101234865A介绍了造纸黑液进行脂肪族改性。脂肪族高效减水剂反应机理较为复杂，许多工艺和单体都能够进行脂肪族减水剂的合成，相应的性能也是千差万别，虽然关于脂肪族改性的研究已有很多，但是通过调整工艺和采用不同的催化剂，引入新的基团对脂肪在减水剂进行改性尚有很大的空间。
发明内容
本发明在合成脂肪族减水剂工艺的基础上引入工业废糖蜜和活性剂，通过调整配方和工艺，合成出一种新型改性脂肪族减水剂。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种改性脂肪族高效减水剂，包括如下重量份的原料：废糖蜜150～200份、磺化剂90～140份、丙酮100份、甲醛溶液270份、催化剂5～10份、活性剂10～20份、水350～400份。
进一步的，所述的改性脂肪族高效减水剂，包括如下重量份的原料：废糖蜜180～200份、磺化剂120～140份、丙酮100份、甲醛溶液270份、催化剂8～10份、活性剂15～20份、水380～400份。
进一步的，所述的改性脂肪族高效减水剂，包括如下重量份的原料：废糖蜜150～180份、磺化剂90～120份、丙酮100份、甲醛溶液270份、催化剂5～8份、活性剂10～15份、水350～380份。
进一步的，所述磺化剂选自亚硫酸钠、焦亚硫酸钠、亚硫酸氢钠中的至少一种。
进一步的，所述催化剂选自过硫酸铵、过硫酸钾、过氧化苯甲酰中的至少一种。
进一步的，所述活性剂选自丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸酐、苯乙烯中的至少一种。
一种改性脂肪族高效减水剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)常温下，将磺化剂、催化剂和废糖蜜溶解在水中；
(2)对溶液进行加热，当溶液温度为30～40℃时，加入丙酮，当溶液温度为70～80℃时，停止加热，保温1～2h；
(3)冷却溶液，当温度降至65℃以下时，开始滴加甲醛溶液，控制滴加速度，使甲醛溶液在1～2h内滴完；
(4)对溶液进行加热，当溶液温度为70～80℃时，加入活性剂，继续加热至溶液温度为90～100℃，保温4～5h；
(5)冷却溶液，即得含固量为35％～45％的浅褐色改性脂肪族高效减水剂。
一种改性脂肪族高效减水剂在混凝土中的用途。
进一步的，所述改性脂肪族高效减水剂的掺量为混凝土中胶凝材料的1.0～2.0wt％。
进一步的，所述改性脂肪族高效减水剂的掺量为混凝土中胶凝材料的1.3～1.8wt％。
本发明的有益效果为：
1.在活性剂、催化剂的作用下，废糖蜜不仅具有缓凝的作用，更是可以直接参与脂肪族减水剂的化学合成，能够有效对脂肪族减水剂进行改性；本发明得到的改性脂肪族高效减水剂应用于新拌混凝土后，具有与基准混凝土颜色相近，混凝土减水率高，坍落度损失小，无泌水、离析，改善砼和易性的优点。
2.本发明利用制糖厂的副产品废糖蜜为反应原料，对脂肪族减水剂进行改性处理，原料价廉易得，有助于降低生产成本。
3.废糖蜜无需经任何处理即可直接应用，反应周期短，制备方法简单高效。
4.本发明提供的原料组分配比合理，其中，醛酮比更是最优醛酮比；本发明的反应过程均处于常压状态下，能量消耗小，生产成本低，反应过程中无“三废”排放，生产和使用过程安全环保。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1表示实施例1～6中的改性脂肪族减水剂与常用脂肪族减水剂基准的净浆流动度对比图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种改性脂肪族高效减水剂，包括如下重量份的原料：废糖蜜160份、磺化剂亚硫酸钠110份、丙酮100份、甲醛溶液270份、催化剂过氧化苯甲酰5份、活性剂苯乙烯10份、水380份。
其制备方法包括如下步骤：
(1)常温下，将磺化剂、催化剂和废糖蜜溶解在水中；
(2)对溶液进行加热，当溶液温度为30～40℃时，加入丙酮，当溶液温度为70～80℃时，停止加热，保温1～2h；
(3)冷却溶液，当温度降至65℃以下时，开始滴加甲醛溶液，控制滴加速度，使甲醛溶液在1～2h内滴完；
(4)对溶液进行加热，当溶液温度为70～80℃时，加入活性剂，继续加热至溶液温度为90～100℃，保温4～5h；
(5)冷却溶液，即得含固量为35％～45％的浅褐色改性脂肪族高效减水剂。
将制得的改性脂肪族高效减水剂用于建筑工程的新拌混凝土中，其掺量为混凝土中胶凝材料的1.5wt％。
实施例2：
一种改性脂肪族高效减水剂，包括如下重量份的原料：废糖蜜180份、磺化剂亚硫酸钠40份、磺化剂亚硫酸氢钠50份、丙酮100份、甲醛溶液270份、催化剂过硫酸铵7份、活性剂丙烯酸5份、活性剂甲基丙烯酸10份、水400份。
其制备方法同实施例1。
将制得的改性脂肪族高效减水剂用于建筑工程的新拌混凝土中，其掺量为混凝土中胶凝材料的1.3wt％。
实施例3：
一种改性脂肪族高效减水剂，包括如下重量份的原料：废糖蜜200份、磺化剂焦亚硫酸钠120份、丙酮100份、甲醛溶液270份、催化剂过硫酸钾8份、活性剂马来酸酐20份、水380份
其制备方法同实施例1。
将制得的改性脂肪族高效减水剂用于建筑工程的新拌混凝土中，其掺量为混凝土中胶凝材料的1.8wt％。
实施例4：
一种改性脂肪族高效减水剂，包括如下重量份的原料：废糖蜜150份、磺化剂亚硫酸钠40份、磺化剂焦亚硫酸钠50份、磺化剂亚硫酸氢钠50份、丙酮100份、甲醛溶液270份、催化剂过硫酸铵3份、催化剂过硫酸钾4份、活性剂丙烯酸15份、水350份。
其制备方法同实施例1。
将制得的改性脂肪族高效减水剂用于建筑工程的新拌混凝土中，其掺量为混凝土中胶凝材料的1.0wt％。
实施例5：
一种改性脂肪族高效减水剂，包括如下重量份的原料：废糖蜜180份、磺化剂亚硫酸氢钠110份、丙酮100份、甲醛溶液270份、催化剂过氧化苯甲酰3份、催化剂过硫酸铵3份、催化剂过硫酸钾4份、活性剂甲基丙烯酸20份、水380份。
其制备方法同实施例1。
将制得的改性脂肪族高效减水剂用于建筑工程的新拌混凝土中，其掺量为混凝土中胶凝材料的2.0wt％。
实施例6：
一种改性脂肪族高效减水剂，包括如下重量份的原料：废糖蜜200份、磺化剂亚硫酸钠30份、磺化剂焦亚硫酸钠60份、丙酮100份、甲醛溶液270份、催化剂过氧化苯甲酰5份、活性剂苯乙烯10份、水380份。
其制备方法同实施例1。
将制得的改性脂肪族高效减水剂用于建筑工程的新拌混凝土中，其掺量为混凝土中胶凝材料的1.6wt％。
性能测试试验：
按照GB\T8077-2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》，测定同掺量下各实施例的净浆流动度、塌落度、抗压强度、泌水率和含气量。
(1)净浆流动度及损失对比
在温度、压强等条件相同的情况下，将上述实施例1～6得到的改性脂肪族减水剂和常用脂肪族减水剂基准等量掺入C30新拌混凝土中，得到净浆流动度随时间变化的对比图，如图1所示：
由图1看出，本发明实施例1～6中的合成的改性脂肪族减水剂比常用基准脂肪族减水剂净浆流动度大，而且流动度损失小。
(2)坍落度损失对比
在温度、压强等条件相同的情况下，将上述实施例1～6得到的改性脂肪族减水剂和常用脂肪族减水剂基准等量掺入C30新拌混凝土中，得到坍落度损失对比情况，如表1所示：
表1常用脂肪族减水剂基准和实施例1～6与C30混凝土新拌后颜色及坍落度损失对比
由表1可知，C30混凝土经实施1～6例提供的改性脂肪族减水剂处理后与经常用脂肪族处理后相比，新拌混凝土颜色与基准混凝土颜色更相近，坍落度及经时损失都要好。
(3)混凝土强度对比
在温度、压强等条件相同的情况下，将上述实施例1～6得到的改性脂肪族减水剂和常用脂肪族减水剂基准等量掺入C30新拌混凝土中，得到混凝土强度对比情况，如表2所示：
表2常用脂肪族减水剂基准与实施例1～6C30混凝土强度对比
由表2看出，实施例2合成的脂肪族减水剂比常用脂肪族减水剂混凝土稍高。
(4)泌水率和含气量对比
在温度、压强等条件相同的情况下，将上述实施例1～6得到的改性脂肪族减水剂和常用脂肪族减水剂基准等量掺入C30新拌混凝土中，得到泌水率和含气量对比情况，如表3所示：
表3常用脂肪族减水剂基准与本发明实施例1～6C30混凝土强度对比
由表3看出，实施例2合成的脂肪族减水剂比常用脂肪族减水剂混凝土混凝土泌水率低，含气量正常。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种改性脂肪族高效减水剂，其特征在于，包括如下重量份的原料：废糖蜜150～200份、磺化剂90～140份、丙酮100份、甲醛溶液270份、催化剂5～10份、活性剂10～20份、水350～400份。
2.如权利要求1所述的改性脂肪族高效减水剂，其特征在于，包括如下重量份的原料：废糖蜜180～200份、磺化剂120～140份、丙酮100份、甲醛溶液270份、催化剂8～10份、活性剂15～20份、水380～400份。
3.如权利要求2所述的改性脂肪族高效减水剂，其特征在于，包括如下重量份的原料：废糖蜜150～180份、磺化剂90～120份、丙酮100份、甲醛溶液270份、催化剂5～8份、活性剂10～15份、水350～380份。
4.如权利要求3所述的改性脂肪族高效减水剂，其特征在于，所述磺化剂选自亚硫酸钠、焦亚硫酸钠、亚硫酸氢钠中的至少一种。
5.如权利要求3所述的改性脂肪族高效减水剂，其特征在于，所述催化剂选自过硫酸铵、过硫酸钾、过氧化苯甲酰中的至少一种。
6.如权利要求3所述的改性脂肪族高效减水剂，其特征在于，所述活性剂选自丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸酐、苯乙烯中的至少一种。
7.一种如权利要求1-6中任一项所述的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)常温下，将磺化剂、催化剂和废糖蜜溶解在水中；
(2)对溶液进行加热，当溶液温度为30～40℃时，加入丙酮，当溶液温度为70～80℃时，停止加热，保温1～2h；
(3)冷却溶液，当温度降至65℃以下时，开始滴加甲醛溶液，控制滴加速度，使甲醛溶液在1～2h内滴完；
(4)对溶液进行加热，当溶液温度为70～80℃时，加入活性剂，继续加热至溶液温度为90～100℃，保温4～5h；
(5)冷却溶液，即得含固量为35％～45％的浅褐色改性脂肪族高效减水剂。
8.一种如权利要求1-6中任一项所述的改性脂肪族高效减水剂在混凝土中的用途。
9.如权利要求8所述的改性脂肪族高效减水剂在混凝土中的用途，其特征在于：其掺量为混凝土中胶凝材料的1.0～2.0wt％。
10.如权利要求8所述的改性脂肪族高效减水剂在混凝土中的用途，其特征在于：其掺量为混凝土中胶凝材料的1.3～1.8wt％。
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