CN109020290B - 一种改性减水剂及其制备方法 - Google Patents

一种改性减水剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及减水剂技术领域，具体一种改性减水剂及其制备方法，以重量份计原料包括：氨基酸2‑10份，聚羧酸减水剂12‑18份，三聚氰胺4‑9份，葡萄糖酸盐8‑15份，磺化黑液7‑20份，本发明利用氨基酸、聚羧酸减水剂、三聚氰胺、葡萄糖酸盐、磺化黑液为原材料，构成了兼具氧化、还原的引发体系，改善了引发活性，使得反应可在0‑45℃范围内进行，避免了低温条件下引发效率低的问题；本发明制得的减水剂具有掺量小，减水率高，水泥适应性好，提高混凝土的强度，具有优良的坍落度保持能力。

Description

一种改性减水剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及减水剂技术领域，具体一种改性减水剂及其制备方法。
背景技术
造纸工业在制浆过程中产生的废液若不经处理直接排放，将对环境造成严重污染，造纸黑液中含有丰富的碱木质素，研究表明，通过对碱木质素分级、交联反应、缩合反应等方法改变磺化木质素空间结构、增大相对分子量、引起官能团，可具有高效缓凝、低塌落度损失等优良的综合性能。
专利号CN201510576062.1，公开了一种利用造纸黑液制备高效混凝土减水剂的方法，属于废弃物利用领域，该发明针对目前传统方法处理造纸黑夜过程中，易造成二次污染，分离木质素困难，运行费用较高，操作条件要求较严格，且资源不能得到有效利用，通过使用滤网出去不溶物，加入醋酸及硫酸对造纸黑夜进行预处理，然后对预处理过后的造纸黑夜进行浓缩，使其木质素含量增加，再添加二乙醇胺、丙烯酸、过硫酸钠及甲基丙烯磺酸钠制备出一种高效混凝土减水剂。通过实例证明本发明所制得的减水剂的减水率达到18～20％，无游离氯离子，混凝土表面无泌水，无大气泡，充分利用了造纸黑液，对其进行资源化利用，无污染，原料易得，制作成本低，易于操作，对人体无危害。
但木质素磺酸盐具有凝气和引气作用，会导致混凝土强度降低，甚至发生混凝土在长时间内不硬化的现象，且木质素磺酸盐在使用中对环境气候比较敏感，不适于冬季施工。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，本发明提供了一种改性减水剂及其制备方法。
具体按照以下技术方案实现：
一种改性减水剂，以重量份计原料包括：氨基酸2-10份，聚羧酸减水剂12-18份，三聚氰胺4-9份，葡萄糖酸盐8-15份，磺化黑液7-20份。
所述磺化黑液，其制备方法包括如下步骤：
(1)取造纸黑液与硅藻土按质量比1：(0.03-0.05)混合均匀，在温度为40-50℃条件下搅拌50-60min，然后冷却至常温，过滤取滤渣；
(2)将滤渣中加入滤渣质量0.2-0.4倍的柠檬酸溶液和滤渣质量0.01-0.03倍的硫酸溶液，于温度为95-98℃下搅拌30-35min，然后降温至78-85℃，加入滤渣质量0.2-0.4倍的磺化剂搅拌30-35min，降至常温，即得磺化黑液。
所述柠檬酸溶液，其质量浓度为95-98％。
所述硫酸溶液，其质量浓度为80-85％。
所述磺化剂为羟甲基磺酸钠、羟乙基磺酸钠、羟丙基磺酸钠、羟异丙基磺酸钠、羟丁基磺酸钠中的一种或两种以上的混合物。
所述磺化剂，其质量浓度为30-50％。
本发明利用硅藻土对造纸黑液进行吸附，配合温度作用，提高了碱木质素的留着率，进而减少了后期试剂的用量，降低了木质素磺酸盐的制作成本，再配合柠檬酸和硫酸进行酸化，高效地调节了物料pH，利用羟基磺酸钠作为磺化剂，提高黑液的磺化效果。
所述改性减水剂的制备方法，包括如下步骤：
S1磺化黑液投入到反应釜中，加入氨基酸搅拌均匀；
S2再加入葡萄糖酸盐、三聚氰胺在65-85℃温度下，反应1.5-4.5h；
S3再加入聚羧酸减水剂升温至70-90℃温度，搅拌反应3-6h，反应完毕，降至室温后，即得减水剂。
本发明的内容中：所述减水剂用于建筑工程中的混凝土制备中，是以干粉形式或水溶液的形式加到混凝土拌合物中，其掺量为水泥质量的0.1％-0.3％；进一步优选，所述减水剂的掺量为水泥质量的0.2％。
上述方法制备的减水剂在混凝土中掺量为水泥质量的0.1％-0.3％时，该混凝土外加剂的减水率为35％；掺量为水泥质量的0.2％时，该混凝土外加剂的减水率为40％，掺加该混凝土外加剂后，混凝土坍落度经时损失小，强度较高。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明利用氨基酸、聚羧酸减水剂、三聚氰胺、葡萄糖酸盐、磺化黑液为原材料，构成了兼具氧化、还原的引发体系，改善了引发活性，使得反应可在0-45℃范围内进行，避免了低温条件下引发效率低的问题；本发明制得的减水剂具有掺量小，减水率高，水泥适应性好，提高混凝土的强度，具有优良的坍落度保持能力。
(1)本发明采用氨基酸使部分木质素分子断裂，产生活性自由链端，新的活性自由链端与聚羧酸结合形成长链。
(2)木质素三维分子结构被打破，部分醚、醇羟基、酚羟基成为具有活性的自由基，能与三聚氰胺发生接枝反应，使得减水剂包含了磺酸基、羧基和酰胺基等多种减水功能基团，从而降低木质素磺酸盐的缓凝作用和引气性、减小相对掺量、提高减水率。
(3)本发明采用三聚氰胺还增大了减水剂分子在水泥颗粒表面的吸附效率和吸附量，提高了减水剂的净浆流动能力和流动度保持能力，同时还确保了混凝土适应性和相容性，进而有助于改善混凝土硬化时间。
(4)本发明采用葡萄糖酸盐加速了物料结构改变，激发了减水功能基团的活性，进而改善减水效果。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。
实施例1
一种改性减水剂，原料包括：氨基酸2kg，聚羧酸减水剂12kg，三聚氰胺4kg，葡萄糖酸盐8kg，磺化黑液7kg；
所述磺化黑液，其制备方法包括如下步骤：
(1)取造纸黑液与硅藻土按质量比1：0.03混合均匀，在温度为40℃条件下搅拌50min，然后冷却至常温，过滤取滤渣；
(2)将滤渣中加入滤渣质量0.2倍的95％柠檬酸溶液和滤渣质量0.01倍的80％硫酸溶液，于温度为95℃下搅拌30min，然后降温至78℃，加入滤渣质量0.2倍的30％磺化剂搅拌30min，降至常温，即得磺化黑液；
所述磺化剂为羟甲基磺酸钠；
所述改性减水剂的制备方法，包括如下步骤：
S1磺化黑液投入到反应釜中，加入氨基酸搅拌均匀；
S2再加入葡萄糖酸盐、三聚氰胺在65℃温度下，反应1.5h；
S3再加入聚羧酸减水剂升温至70℃温度，搅拌反应3h，反应完毕，降至室温后，即得减水剂。
实施例2
一种改性减水剂，原料包括：氨基酸10kg，聚羧酸减水剂18kg，三聚氰胺9kg，葡萄糖酸盐15kg，磺化黑液20kg；
所述磺化黑液，其制备方法包括如下步骤：
(1)取造纸黑液与硅藻土按质量比1：0.05混合均匀，在温度为50℃条件下搅拌60min，然后冷却至常温，过滤取滤渣；
(2)将滤渣中加入滤渣质量0.4倍的98％柠檬酸溶液和滤渣质量0.03倍的80-85％硫酸溶液，于温度为98℃下搅拌35min，然后降温至85℃，加入滤渣质量0.4倍的50％磺化剂搅拌35min，降至常温，即得磺化黑液；
所述磺化剂为羟乙基磺酸钠、羟丙基磺酸钠的混合物；
所述改性减水剂的制备方法，包括如下步骤：
S1磺化黑液投入到反应釜中，加入氨基酸搅拌均匀；
S2再加入葡萄糖酸盐、三聚氰胺在85℃温度下，反应4.5h；
S3再加入聚羧酸减水剂升温至90℃温度，搅拌反应6h，反应完毕，降至室温后，即得减水剂。
实施例3
一种改性减水剂，原料包括：氨基酸6kg，聚羧酸减水剂15kg，三聚氰胺6kg，葡萄糖酸盐11kg，磺化黑液14kg；
所述磺化黑液，其制备方法包括如下步骤：
(1)取造纸黑液与硅藻土按质量比1：0.04混合均匀，在温度为45℃条件下搅拌55min，然后冷却至常温，过滤取滤渣；
(2)将滤渣中加入滤渣质量0.3倍的96％柠檬酸溶液和滤渣质量0.02倍的82％硫酸溶液，于温度为97℃下搅拌32min，然后降温至82℃，加入滤渣质量0.3倍的30-50％磺化剂搅拌32min，降至常温，即得磺化黑液；
所述磺化剂为羟甲基磺酸钠、羟乙基磺酸钠、羟丙基磺酸钠、羟异丙基磺酸钠、羟丁基磺酸钠的混合物；
所述改性减水剂的制备方法，包括如下步骤：
S1磺化黑液投入到反应釜中，加入氨基酸搅拌均匀；
S2再加入葡萄糖酸盐、三聚氰胺在75℃温度下，反应3h；
S3再加入聚羧酸减水剂升温至80℃温度，搅拌反应4.5h，反应完毕，降至室温后，即得减水剂。
对比例1
一种改性减水剂，原料包括：氨基酸6kg，聚羧酸减水剂15kg，三聚氰胺6kg，葡萄糖酸盐11kg，木质素磺酸钠14kg；
所述改性减水剂的制备方法，包括如下步骤：
S1木质素磺酸钠投入到反应釜中，加入氨基酸搅拌均匀；
S2再加入葡萄糖酸盐、三聚氰胺在75℃温度下，反应3h；
S3再加入聚羧酸减水剂升温至80℃温度，搅拌反应4.5h，反应完毕，降至室温后，即得减水剂。
对比例2
一种改性减水剂，原料包括：酒石酸6kg，聚羧酸减水剂15kg，三聚氰胺6kg，葡萄糖酸盐11kg，磺化黑液14kg；
所述磺化黑液，其制备方法包括如下步骤：
(1)取造纸黑液与硅藻土按质量比1：0.04混合均匀，在温度为45℃条件下搅拌55min，然后冷却至常温，过滤取滤渣；
(2)将滤渣中加入滤渣质量0.3倍的96％柠檬酸溶液和滤渣质量0.02倍的82％硫酸溶液，于温度为97℃下搅拌32min，然后降温至82℃，加入滤渣质量0.3倍的30-50％磺化剂搅拌32min，降至常温，即得磺化黑液；
所述磺化剂为羟甲基磺酸钠、羟乙基磺酸钠、羟丙基磺酸钠、羟异丙基磺酸钠、羟丁基磺酸钠的混合物；
所述改性减水剂的制备方法，包括如下步骤：
S1磺化黑液投入到反应釜中，加入酒石酸搅拌均匀；
S2再加入葡萄糖酸盐、三聚氰胺在75℃温度下，反应3h；
S3再加入聚羧酸减水剂升温至80℃温度，搅拌反应4.5h，反应完毕，降至室温后，即得减水剂。
对比例3
一种改性减水剂，原料包括：氨基酸6kg，聚羧酸减水剂15kg，三聚氰胺6kg，磺化黑液14kg；
所述磺化黑液，其制备方法包括如下步骤：
(1)取造纸黑液与硅藻土按质量比1：0.04混合均匀，在温度为45℃条件下搅拌55min，然后冷却至常温，过滤取滤渣；
(2)将滤渣中加入滤渣质量0.3倍的96％柠檬酸溶液和滤渣质量0.02倍的82％硫酸溶液，于温度为97℃下搅拌32min，然后降温至82℃，加入滤渣质量0.3倍的30-50％磺化剂搅拌32min，降至常温，即得磺化黑液；
所述磺化剂为羟甲基磺酸钠、羟乙基磺酸钠、羟丙基磺酸钠、羟异丙基磺酸钠、羟丁基磺酸钠的混合物；
所述改性减水剂的制备方法，包括如下步骤：
S1磺化黑液投入到反应釜中，加入氨基酸搅拌均匀；
S2再加入三聚氰胺在75℃温度下，反应3h；
S3再加入聚羧酸减水剂升温至80℃温度，搅拌反应4.5h，反应完毕，降至室温后，即得减水剂。
试验例1
将实施例1-3和对比例1-3制备的减水剂，采用标准水泥，掺量按水泥质量0.2％，根据GB 8076-2008《混凝土外加剂》，测其混凝土减水率、坍落度和经时坍落度损失。混凝土配合比为：水泥350kg/m3、砂800kg/m3、粉煤灰1050kg/m3，坍落度控制在210±10mm，所得结果如表1所示：
表1
Figure BDA0001819885820000081
Figure BDA0001819885820000091
试验例2
将实施例1-3和对比例1-3制备的减水剂进行水泥净浆流动度试验，选用水泥为硅酸盐水泥，折固掺量为水泥质量的0.2％，所得结果如表2所示：
表2
净浆流动度
实施例1 220
实施例2 215
实施例3 220
对比例1 180
对比例2 190
对比例3 175

Claims (5)

1.一种改性减水剂，其特征在于，以重量份计原料包括：氨基酸2-10份，聚羧酸减水剂12-18份，三聚氰胺4-9份，葡萄糖酸盐8-15份，磺化黑液7-20份；
所述磺化黑液，其制备方法包括如下步骤：
(1)取造纸黑液与硅藻土按质量比1：(0.03-0.05)混合均匀，在温度为40-50℃条件下搅拌50-60min，然后冷却至常温，过滤取滤渣；
(2)将滤渣中加入滤渣质量0.2-0.4倍的柠檬酸溶液和滤渣质量0.01-0.03倍的硫酸溶液，于温度为95-98℃下搅拌30-35min，然后降温至78-85℃，加入滤渣质量0.2-0.4倍的磺化剂搅拌30-35min，降至常温，即得磺化黑液；
所述改性减水剂的制备方法，包括如下步骤：
S1磺化黑液投入到反应釜中，加入氨基酸搅拌均匀；
S2再加入葡萄糖酸盐、三聚氰胺在65-85℃温度下，反应1.5-4.5h；
S3再加入聚羧酸减水剂升温至70-90℃温度，搅拌反应3-6h，反应完毕，降至室温后，即得减水剂。
2.如权利要求1所述改性减水剂，其特征在于，所述柠檬酸溶液，其质量浓度为95-98％。
3.如权利要求1所述改性减水剂，其特征在于，所述硫酸溶液，其质量浓度为80-85％。
4.如权利要求1所述改性减水剂，其特征在于，所述磺化剂为羟甲基磺酸钠、羟乙基磺酸钠、羟丙基磺酸钠、羟异丙基磺酸钠、羟丁基磺酸钠中的一种或两种以上的混合物。
5.如权利要求1所述改性减水剂，其特征在于，所述磺化剂，其质量浓度为30-50％。
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