CN108046637A - 一种早强减水剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及建筑用聚合物技术领域，尤其是一种早强减水剂及其制备方法，是将60～65份丙酮、235～240份37％质量浓度的甲醛溶液、55～60份亚硫酸钠或由1:2摩尔比的焦亚硫酸钠与NaOH组成的磺化剂、280～300份质量浓度30％的氧化木质素水溶液、350～360份水按照一定的工艺过程反应而成，通过接枝氧化木质素和分子重构，获得的减水剂分子呈梳形，并优化了主导官能团‑SO3和非主导官能团‑OH数量，按照胶凝材料质量份的1.0％～1.2％掺入到混凝土或混凝土制品中，混凝土1～3天抗压强度比大于180％，28d抗压强度比达到140％～150％，克服了脂肪族羟基磺酸盐减水剂抑制水泥中C3A矿物水化，导致混凝土泌水、早期开裂的通病，适用于装配式建筑部品件、混凝土管桩、冬期混凝土施工等对早期强度有特殊要求的混凝土及制品。

Description

一种早强减水剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑用聚合物技术领域，具体领域为一种早强减水剂。
背景技术
减水剂是一种在维持混凝土坍落度基本不变的条件下，能减少拌合用水量的混凝土外加剂。大多属于阴离子表面活性剂，有木质素磺酸盐、萘磺酸盐甲醛聚合物等。加入混凝土拌合物后对水泥颗粒有分散作用，能改善其工作性，减少单位用水量，改善混凝土拌合物的流动性；或减少单位水泥用量，节约水泥。
根据减水剂减水及增强能力，分为普通减水剂(又称塑化剂，减水率不小于8％，以木质素磺酸盐类为代表)、高效减水剂(又称超塑化剂，减水率不小于14％，包括萘系、密胺系、氨基磺酸盐系、脂肪族系等)和高性能减水剂(减水率不小于25％，以聚羧酸系减水剂为代表)。
木质素磺酸盐是亚硫酸法制浆的副产物。木质素磺酸盐的分子量为2000～5000，磺酸盐基为1.25～2.5mcq/g，可溶于各种PH值的水溶液中，不溶于有机溶剂，官能团为酚式羟基。它的原料是木质素，一般从针叶树材中提取，木质素是由对亘香醇、松柏醇、芥子醇这三种木质素单体聚合而成的，包括：木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、木质素磺酸镁，木质素磺酸酸盐减水剂是常有的普通型减水剂，属于阴离子型表面活性剂，可以直接使用，也可作为复合型外加剂原料之一，因价格便宜，使用还是较广泛。用于砂浆中可改进施工性、流动性，提高强度，减水率在8％－10％。
发明内容
为改进脂肪族减水剂的性能缺陷，抑制C3A水化、泌水导致混凝土早期开裂，通过本发明，在脂肪族减水剂中接枝氧化木质素，改善了脂肪族减水剂对混凝土性能的影响，促进了C3A水化，可大幅度提高混凝土早期强度。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种早强减水剂，结构如式(1)所示：
式(1)中：a为0.6～0.8，b为1-a，c为20～40的整数，m为10～20的整数；
其中，A为B为
C为
本发明所述的早强减水剂，其中，其合成原料组分以重量份计为：丙酮60～65份，37％质量浓度的甲醛溶液235～240份，磺化剂55～60份，C3A水化调节剂280～300份，水350～360份。
本发明所述的早强减水剂，其中，所述磺化剂为亚硫酸钠，或由1:2摩尔比的焦亚硫酸钠与NaOH组成。
本发明所述的早强减水剂，其中，所述C3A水化调节剂为质量浓度30％的氧化木质素水溶液。
本发明所述的早强减水剂，其中，所述氧化木质素水溶液的合成包括如下步骤：
步骤1，将木质素溶解于NaOH溶液中，控制木质素质量浓度为40％，溶液pH值10～11；
步骤2，按与木质素1:1的摩尔比加入质量浓度为37％的甲醛溶液，于80℃反应120min；
步骤3，升温到90℃，按木质素质量的10％～20％加入质量浓度为20％的过硫酸铵溶液，反应60～90min；
步骤4，加水调节溶液质量浓度为30％，并降温至70℃直接用于生产早强减水剂，或降温至40～50℃泵入到贮罐中备用。。
本发明所述的早强减水剂，使用时，按照与胶凝材料质量比1.0％～1.2％掺入到砂浆或者混凝土中。
本发明的早强减水剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，向反应釜中加入水和与磺化剂同摩尔数的甲醛溶液，启动搅拌；
步骤2，加入磺化剂，搅拌至溶液澄清；
步骤3，启动冷凝回流系统，滴加丙酮和甲醛溶液，并通过控制甲醛溶液滴加速度及采用循环水冷却回流，安全可控；
步骤4，当反应体系温度达到50～55℃时，暂停滴加甲醛溶液，磺化反应30～60min；
步骤5，加入C3A水化调节剂溶液，继续滴加甲醛溶液，当反应体系温度达到70℃时，再次暂停滴加甲醛溶液，羟甲基化反应30～45min；
步骤6，继续滴加甲醛溶液，当完成甲醛溶液滴加，体系温度达到95～100℃，保温反应180～240min。
步骤7，通冷却水降温至40～50℃，将早强减水剂泵入到贮罐中。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过接枝氧化木质素和分子重构，获得的减水剂分子呈梳形，并优化了主导官能团-SO3和非主导官能团-OH数量，按照胶凝材料质量份的1.0％～1.2％掺入到混凝土或混凝土制品中，混凝土1～3天抗压强度比大于180％，28d抗压强度比达到140％～150％，克服了脂肪族羟基磺酸盐减水剂抑制水泥中C3A矿物水化，导致混凝土泌水、早期开裂的通病，适用于装配式建筑部品件、混凝土管桩、冬期混凝土施工等对早期强度有特殊要求的混凝土及制品。
附图说明
图1为本发明的反应体系温度曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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
一种早强减水剂，其合成原料组分以重量份计为：丙酮60份，37％质量浓度的甲醛溶液235份，磺化剂55份，C3A水化调节剂280份，水350份。
所述磺化剂为亚硫酸钠。
所述C3A水化调节剂为质量浓度30％的氧化木质素水溶液。
其制备方法，整个过程控制反应体系温度符合附图1要求。包括如下步骤：
步骤1，向反应釜中加入水和与磺化剂同摩尔数的甲醛溶液，启动搅拌；
步骤2，加入磺化剂，搅拌至溶液澄清；
步骤3，启动冷凝回流系统，滴加丙酮和甲醛溶液，并通过控制甲醛溶液滴加速度及采用循环水冷却回流，安全可控；
步骤4，当反应体系温度达到50～55℃时，暂停滴加甲醛溶液，磺化反应30～60min；
步骤5，加入C3A水化调节剂溶液，继续滴加甲醛溶液，当反应体系温度达到70℃时，再次暂停滴加甲醛溶液，羟甲基化反应30～45min；
步骤6，继续滴加甲醛溶液，当完成甲醛溶液滴加，体系温度达到95～100℃，保温反应180～240min。
步骤7，通冷却水降温至40～50℃，将早强减水剂泵入到贮罐中。
其中，氧化木质素水溶液的合成包括如下步骤：
步骤1，将木质素溶解于NaOH溶液中，控制木质素质量浓度为40％，溶液pH值10～11；
步骤2，按与木质素1:1的摩尔比加入质量浓度为37％的甲醛溶液，于80℃反应120min；
步骤3，升温到90℃，按木质素质量的10％～20％加入质量浓度为20％的过硫酸铵溶液，反应60～90min；
步骤4，加水调节溶液质量浓度为30％，并降温至70℃直接用于生产早强减水剂，或降温至40～50℃泵入到贮罐中备用。
产品的结构如式(1)所示：
式(1)中：a为0.6～0.8，b为1-a，c为20～40的整数，m为10～20的整数；
其中，A为B为
C为
该早强减水剂，使用时，按照与胶凝材料质量比1.0％～1.2％掺入到砂浆或者混凝土中。
实施例2
一种早强减水剂，其合成原料组分以重量份计为：丙酮63份，37％质量浓度的甲醛溶液238份，磺化剂58份，C3A水化调节剂290份，水355份。
所述磺化剂由1:2摩尔比的焦亚硫酸钠与NaOH组成。
所述C3A水化调节剂为质量浓度30％的氧化木质素水溶液。
制备方法，整个过程控制反应体系温度符合附图1要求。包括如下步骤：
步骤1，向反应釜中加入水和与磺化剂同摩尔数的甲醛溶液，启动搅拌；
步骤2，加入磺化剂，搅拌至溶液澄清；
步骤3，启动冷凝回流系统，滴加丙酮和甲醛溶液，并通过控制甲醛溶液滴加速度及采用循环水冷却回流，安全可控；
步骤4，当反应体系温度达到50～55℃时，暂停滴加甲醛溶液，磺化反应30～60min；
步骤5，加入C3A水化调节剂溶液，继续滴加甲醛溶液，当反应体系温度达到70℃时，再次暂停滴加甲醛溶液，羟甲基化反应30～45min；
步骤6，继续滴加甲醛溶液，当完成甲醛溶液滴加，体系温度达到95～100℃，保温反应180～240min。
步骤7，通冷却水降温至40～50℃，将早强减水剂泵入到贮罐中。
其中，氧化木质素水溶液的合成包括如下步骤：
步骤1，将木质素溶解于NaOH溶液中，控制木质素质量浓度为40％，溶液pH值10～11；
步骤2，按与木质素1:1的摩尔比加入质量浓度为37％的甲醛溶液，于80℃反应120min；
步骤3，升温到90℃，按木质素质量的10％～20％加入质量浓度为20％的过硫酸铵溶液，反应60～90min；
步骤4，加水调节溶液质量浓度为30％，并降温至70℃直接用于生产早强减水剂，或降温至40～50℃泵入到贮罐中备用。
产品的结构如式(1)所示：
式(1)中：a为0.6～0.8，b为1-a，c为20～40的整数，m为10～20的整数；
其中，A为B为
C为
该早强减水剂，使用时，按照与胶凝材料质量比1.0％～1.2％掺入到砂浆或者混凝土中。
实施例3
一种早强减水剂，其合成原料组分以重量份计为：丙酮65份，37％质量浓度的甲醛溶液240份，磺化剂60份，C3A水化调节剂300份，水360份。
所述磺化剂由1:2摩尔比的焦亚硫酸钠与NaOH组成。
所述C3A水化调节剂为质量浓度30％的氧化木质素水溶液。
制备方法，整个过程控制反应体系温度符合附图1要求。包括如下步骤：
步骤1，向反应釜中加入水和与磺化剂同摩尔数的甲醛溶液，启动搅拌；
步骤2，加入磺化剂，搅拌至溶液澄清；
步骤3，启动冷凝回流系统，滴加丙酮和甲醛溶液，并通过控制甲醛溶液滴加速度及采用循环水冷却回流，安全可控；
步骤4，当反应体系温度达到50～55℃时，暂停滴加甲醛溶液，磺化反应30～60min；
步骤5，加入C3A水化调节剂溶液，继续滴加甲醛溶液，当反应体系温度达到70℃时，再次暂停滴加甲醛溶液，羟甲基化反应30～45min；
步骤6，继续滴加甲醛溶液，当完成甲醛溶液滴加，体系温度达到95～100℃，保温反应180～240min。
步骤7，通冷却水降温至40～50℃，将早强减水剂泵入到贮罐中。
其中，氧化木质素水溶液的合成包括如下步骤：
步骤1，将木质素溶解于NaOH溶液中，控制木质素质量浓度为40％，溶液pH值10～11；
步骤2，按与木质素1:1的摩尔比加入质量浓度为37％的甲醛溶液，于80℃反应120min；
步骤3，升温到90℃，按木质素质量的10％～20％加入质量浓度为20％的过硫酸铵溶液，反应60～90min；
步骤4，加水调节溶液质量浓度为30％，并降温至70℃直接用于生产早强减水剂，或降温至40～50℃泵入到贮罐中备用。。
产品的结构如式(1)所示：
式(1)中：a为0.6～0.8，b为1-a，c为20～40的整数，m为10～20的整数；
其中，A为B为
C为
该早强减水剂，使用时，按照与胶凝材料质量比1.0％～1.2％掺入到砂浆或者混凝土中。
将实施例1-3的产品按照胶凝材料质量份的1.0％～1.2％掺入到混凝土或混凝土制品中，混凝土1～3天抗压强度比大于180％，28d抗压强度比达到140％～150％，克服了脂肪族羟基磺酸盐减水剂抑制水泥中C3A矿物水化，导致混凝土泌水、早期开裂的通病，适用于装配式建筑部品件、混凝土管桩、冬期混凝土施工等对早期强度有特殊要求的混凝土及制品。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种早强减水剂，其特征在于：所述早强减水剂的结构如式(1)所示：
式(1)中：a为0.6～0.8，b为1-a，c为20～40的整数，m为10～20的整数；
其中，A为B为C为
2.根据权利要求1所述的早强减水剂，其特征在于：其合成原料组分以重量份计为：丙酮60～65份，37％质量浓度的甲醛溶液235～240份，磺化剂55～60份，C3A水化调节剂280～300份，水350～360份。
3.根据权利要求2所述的早强减水剂，其特征在于：所述磺化剂为亚硫酸钠，或由1:2摩尔比的焦亚硫酸钠与NaOH组成。
4.根据权利要求2所述的早强减水剂，其特征在于：所述C3A水化调节剂为质量浓度30％的氧化木质素水溶液。
5.根据权利要求4所述的早强减水剂，其特征在于：所述氧化木质素水溶液的合成包括如下步骤：
步骤1，将木质素溶解于NaOH溶液中，控制木质素质量浓度为40％，溶液pH值10～11；
步骤2，按与木质素1:1的摩尔比加入质量浓度为37％的甲醛溶液，于80℃反应120min；
步骤3，升温到90℃，按木质素质量的10％～20％加入质量浓度为20％的过硫酸铵溶液，反应60～90min；
步骤4，加水调节溶液质量浓度为30％，并降温至70℃直接用于权利要求3中的步骤5，或降温至40～50℃，泵入到贮罐中备用。
6.根据权利要求1-5任一所述的早强减水剂，其特征在于：使用时按照与胶凝材料质量比1.0％～1.2％掺入到砂浆或者混凝土中。
7.权利要求1-5任一所述的早强减水剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，向反应釜中加入水和与磺化剂同摩尔数的甲醛溶液，启动搅拌；
步骤2，加入磺化剂，搅拌至溶液澄清；
步骤3，启动冷凝回流系统，滴加丙酮和甲醛溶液，并通过控制甲醛溶液滴加速度及采用循环水冷却回流；
步骤4，当反应体系温度达到50～55℃时，暂停滴加甲醛溶液，磺化反应30～60min；
步骤5，加入C3A水化调节剂溶液，继续滴加甲醛溶液，当反应体系温度达到70℃时，再次暂停滴加甲醛溶液，羟甲基化反应30～45min；
步骤6，继续滴加甲醛溶液，当完成甲醛溶液滴加，体系温度达到95～100℃，保温反应180～240min。
步骤7，通冷却水降温至40～50℃，将早强减水剂泵入到贮罐中。
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