CN109678383A - 一种大分子单酯减水剂制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大分子单酯减水剂的制备工艺，包括以下工艺步骤：S1：将反应物原料在催化剂作用下进行酯化反应得到混合产物，所述反应物原料包括以下重量组分的原料：甲氧基聚乙二醇8‑10份、氨基戊二酸5‑10份、丙氨酸6‑8份、阻聚剂0.2‑0.5份、带水剂8‑10份和催化剂14‑16份。S2：将混合产物进行分离和提纯；S3：将提纯后的产物与第二助剂进行复配，产物与第二助剂的比例为3:1；通过上述步骤得到所述成品大分子单酯减水剂。本发明具有提高减水剂对混凝土和易性的效果。
Description
技术领域
本发明涉及减水剂的技术领域，尤其是涉及一种大分子单酯减水剂的制备工艺。
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混凝土颗粒有分散作用，能改善其工作性，减少单位用水量，改善混凝土拌合的流动性；或减少单位混凝土用量,节约混凝土。
由于我国优质砂石资源减少，混凝土成分复杂性增加，尤其是在工民建工程中，大量高含泥量的砂石被直接用于混凝土拌合中，使得使用了现有的减水剂的新拌混凝土的和易性、适应性仍然不高，坍落度损失仍然很大，难以保证运输、泵送及施工。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种大分子单酯减水剂及其制备工艺，通过改进与甲氧基聚乙二醇反应的酸性物质，使得合成产物大分子单酯在使用时对混凝土的和易性得到提高。
本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种大分子单酯减水剂及其制备工艺，包括以下工艺步骤：
S1：将反应物原料在催化剂作用下进行酯化反应得到反应产物，所述反应物原料包括以下重量组分的原料：甲氧基聚乙二醇8-10份、氨基戊二酸5-10份、丙氨酸6-8份、阻聚剂0.2-0.5份、带水剂8-10 份和催化剂14-16份。
S2：将反应产物进行分离和提纯；
S3：将提纯后的反应产物与第二助剂进行复配，提纯后的反应产物与第二助剂的质量比例为3:1；
通过上述步骤得到所述成品大分子单酯减水剂。
通过采用上述技术方案，先进行酯化反应生成大分子单酯，然后再经过分离提纯除去杂质后得到纯度较高的大分子单酯，然后再将大分子单酯与第二助剂进行复配得到减水剂。酯化反应的合成过程主要利用甲氧基聚乙二醇与氨基戊二酸以及丙氨酸在催化剂催化下进行酯化反应，并通过阻聚剂控制酯化合成的大分子单酯的分子量，再利用带水剂不断将反应生成的水去除，从而合成出大分子单酯，大分子单酯中存在氨基和羧基，羧基可以与混凝土粒子的正电荷钙离子矿的作用下吸附在混凝土粒子上，形成扩散双电层的粒子分布，使混凝土粒子在静电斥力的作用下分散，把混凝土水化过程中形成的空间网架结构中束缚的水释放出来，使混凝土流动化，从而提高流动性，减弱混凝土的坍落度损失，提高减水剂对混凝土的和易性。大分子单酯中的氨基可以与水分子中的氢形成氢键，使得减水剂可以吸附在混凝土颗粒的表面，在混凝土颗粒表面形成一层水膜，也可以提高混凝土颗粒的流动性。
本发明进一步设置为：所述第二助剂包括以下质量百分比的物质：聚丙烯酸酯30-40％、双脂肪酰胺亚乙基甘氨酸10％-30％，余量为水。
通过采用上述技术方案，第二助剂中的聚丙烯酸酯为表面活性剂，可以吸附在混凝土颗粒表面从而对混凝土颗粒起到润滑作用，而且也可以作为乳化剂对大分子单酯与第二助剂复配时起到增溶的作用，双脂肪酰胺亚乙基甘氨酸为氨基酸型表面活性剂，在对大分子单酯起到增溶作用的同时，还可以吸附在混凝土颗粒表面与水形成氢键，增大混凝土颗粒的之间的滑动，从而提高混凝土的和易性。而且双脂肪酰胺亚乙基甘氨酸具有一定的抗菌活性，可以减少混凝土中细菌，以避免细菌对人体的伤害。
本发明进一步设置为：所述甲氧基聚乙二醇选用分子量在 300-1200之间的甲氧基聚乙二醇。
通过采用上述技术方案，控制分子量在300-1200之间的甲氧基乙二醇进行酯化反应，可以使得得到的大分子单酯的聚合度和分子量不会过高而发生团聚等作用，使得大分子单酯失去在混凝土粒子表面吸附碱水的作用。
本发明进一步设置为：所述S1中酯化反应中催化剂为浓硫酸、对甲苯磺酸、三氟甲磺酸中的一种或多种。
通过采用上述技术方案，对甲苯磺酸、三氟甲磺酸、浓硫酸都就有磺酸基，都为强酸且不会与反应物或者反应产物发生反应，具有较好的催化酯化反应的效果。
本发明进一步设置为：(1)按比例将氨基戊二酸、丙氨酸、甲氧基聚乙二醇和催化剂搅拌混合；
(2)再按比例添加阻聚剂，并加热回流，反应过程不断加入带水剂除去反应生成的水。
通过采用上述技术方案，酯化反应时先加入甲氧基聚乙二醇与氨基戊二酸、丙氨酸在催化剂的作用下进行酯化反应，在酯化反应时加入阻聚剂控制酯化反应后产物的聚合度，带水剂不断将酯化反应生成的水带走，从而使得酯化反应可以不断正向进行，提高反应的效率。加热回流以避免反应过程中反应物的蒸发而降低反应的产率。
本发明进一步设置为：所述加热回流的温度维持在100-120℃。
通过采用上述技术方案，当温度低于100℃时，酯化反应中分子的活动速率过低，酯化反应的效率过慢，得到产物的产率较低。当温度高于120℃时，反应容易发生副反应而产生较多的副产物，从而降低产率。
本发明进一步设置为：所述S2中分离和提纯包括以下步骤：
(1)将S1中得到的反应产物进行减压蒸馏；
(2)将减压蒸馏后的产物用萃取剂进行萃取分离；
通过上述步骤后萃取后剩下的物质为成品大分子单酯减水剂。
通过采用上述技术方案，当酯化反应完的溶液为反应物和产物的混合物，先进行减压蒸馏使得低沸点的酸性物质即氨基戊二酸和丙氨酸从产物中分离得到甲氧基聚乙二醇和大分子单酯的混合物，再用萃取剂将甲氧基聚乙二醇萃取到萃取剂中，然后将萃取剂分液分离后得到纯度较高的产物大分子单酯。
本发明进一步设置为：所述S2中采用的萃取剂为沸点低于60℃的低沸点萃取剂，萃取剂萃取后的溶液通过以下步骤回收甲氧基聚乙二醇：
(1)将萃取后的溶液进行分馏；
(2)将馏分收集得到萃取剂，剩余的成分为甲氧基聚乙二醇。
通过采用上述技术方案，萃取后的溶液进行分馏时，甲氧基聚乙二醇的沸点为60℃，低于60℃的低沸点的萃取剂先从溶液中馏出，当萃取剂分馏完后，剩余的液体即为回收得到的甲氧基聚乙二醇，可以将其回收利用，以提高资源利用率。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、通过采用氨基戊二酸与丙氨酸与甲氧基聚乙二醇进行酯化反应合成大分子单酯，使得合成的大分子单酯中具有可以与水形成氢键的氨基基团以及可以与混凝土中的钙离子结合的羧基基团，从而提高减水剂对混凝土的和易性；
2、通过对酯化合成工艺的改进，使得反应后的产物中的原料甲氧基聚乙二醇可以通过萃取和分馏过程得到回收，提高了资源的利用率。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。
参照图1，本发明公开的一种大分子单酯减水剂的制备工艺，包括以下步骤：
甲氧基聚乙二醇选用分子量为500的甲氧基聚乙二醇。
S1：将反应物原料在催化剂作用下进行酯化反应得到反应产物。
酯化反应操作为：(1)按重量份数加入氨基戊二酸10份、丙氨酸8份、甲氧基聚乙二醇8份和浓硫酸催化剂14份搅拌混合；
(2)按重量份数加入阻聚剂0.2份，并100℃下加热回流，反应过程不断按重量份数加入总量为8份的带水剂除去反应生成的水。
S2：将反应产物进行分离和提纯，分离提纯步骤如下：
(1)将S1中得到的反应产物进行减压蒸馏；
(2)将减压蒸馏后的产物用萃取剂进行萃取分离，萃取后剩下的物质为成品大分子单酯；
(3)将萃取后的萃取剂溶液进行分馏；
(2)将馏分收集得到萃取剂，剩余的成分为甲氧基聚乙二醇。
S3：将提纯后的反应产物与第二助剂进行复配，反应产物与第二助剂的质量比例为3:1。
第二助剂包括以下质量百分比的物质：
聚丙烯酸酯 30％；
双脂肪酰胺亚乙基甘氨酸 30％；
水 40％。
通过上述步骤得到所述成品大分子单酯减水剂。
实施例2-6与实施例1的区别在于：所述反应原料中各组分按重量份数计为下表：
实施例7-13与实施例1的区别在于：所述反应原料中催化剂中各组分按重量份数计为下表：
实施例14-17与实施例1的区别在于：所述第二助剂中各组分按重量份数计为下表：
实施例18-21与实施例1的区别在于：所述酯化反应中加热回流的温度计为下表：
| 实施例 | 温度 |
| 实施例18 | 105 |
| 实施例19 | 110 |
| 实施例20 | 115 |
| 实施例21 | 120 |
实施例22-25与实施例1的区别在于：加入的原料甲氧基聚乙二醇的分子量计为下表：
| 实施例 | 分子量 |
| 实施例22 | 300 |
| 实施例23 | 700 |
| 实施例24 | 900 |
| 实施例25 | 1200 |
对比例
对比例1与实施例1的区别在于所述第二助剂中未加入双脂肪酰胺亚乙基甘氨酸；
对比例2采用市面上常用的木质素磺酸盐减水剂。
检测方法
抗菌性测试
抗菌性能测试：AATCC-90试验法：在琼脂培养基上接种试验菌，再将采用不同减水剂后的成形混凝土制成试样，将试验菌紧贴试样，于37℃下培养24h后，用放大镜观察菌类繁殖情况和试样周围无菌区的晕圈大小。阻止带宽度由1级到10级依次增加。阻止带宽度代表抗菌效力的大小。
| 组别 | 阻止带宽度 |
| 实施例14 | 6级 |
| 实施例15 | 4级 |
| 实施例16 | 3级 |
| 实施例17 | 3级 |
| 对比例1 | 1级 |
坍落度测试
1)先用湿布抹湿坍落筒，铁锹，拌和板等用具。坍落筒为上口直径100mm，下口直径200mm，高300mm，呈喇叭状。
2)按配合比称量材料：先称取混凝土和砂并倒在拌和板上搅拌均匀，再称出石子一起拌和。将料堆的中心扒开，倒入所需水的一半和减水剂，仔细拌和均匀后，再倒入剩余的水，继续拌和至均匀。拌和时间大约4-5min。
3)将坍落筒放于不吸水的刚性平板上，漏斗放在坍落筒上，脚踩踏板，拌和物分三层装入筒内，每层装填的高度约占筒高的三分之一。每层用捣棒沿螺旋线由边缘至中心插捣25次，不得冲击。各次插捣应在界面上均匀分布。插捣筒边混凝土时，捣棒可以稍稍倾斜。插捣底层时，捣棒应贯穿整个深度，插捣其他两层时，应插透本层并插入下层约20mm～30mm。
4)装填结束后，用镘刀刮去多余的拌和物，并抹平筒口，清除筒底周围的混凝土。随即立即提起坍落筒，提筒在5-10s内完成，并使混凝土不受横向及扭力作用。从开始装料到提出坍落度筒整个过程应在150s内完成。
5)将坍落筒放在锥体混凝土试样一旁，筒顶平放一个朝向拌和物的直尺，用钢尺量出直尺底面到试样最高点的垂直距离，即为该混凝土拌和物的坍落度，精确值1mm，结果修约至最接近的5mm。当混凝土试件的一侧发生崩坍或一边剪切破坏，则应重新取样另测。如果第二次仍发生上述情况，则表示该混凝土和易性不好，应记录。
6)当混凝土拌合物的坍落度大于220mm时，用刚尺测量混凝土扩展后最终的最大直径和最小直径，在这两个直径之差小于50mm的条件下，用其算术品平均值作为坍落扩展度值，否则，此次试验无效。坍落扩展度精确值1mm，结果修约至最接近的5mm，
结论：通过抗菌性测试，添加有双脂肪酰胺亚乙基甘氨酸的减水剂的混凝土的阻止带宽度明显大于未添加双脂肪酰胺亚乙基甘氨酸减水剂的混凝土的阻止带宽度，说明添加有双脂肪酰胺亚乙基甘氨酸的减水剂的混凝土的抗菌性明显增强。通过坍落度测试，实施例1-3 的坍落度明显高于对比例2说明添加有大分子单酯减水剂的混凝土的流动性越好，从而说明混凝土的和易性越好。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种大分子单酯减水剂的制备工艺，其特征在于包括以下工艺步骤：
S1：将反应物原料在催化剂作用下进行酯化反应得到反应产物，所述反应物原料包括以下重量组分的原料：甲氧基聚乙二醇8-10份、氨基戊二酸5-10份、丙氨酸6-8份、阻聚剂0.2-0.5份、带水剂8-10份和催化剂14-16份。
S2：将反应产物进行分离和提纯；
S3：将提纯后的反应产物与第二助剂进行复配，提纯后的反应产物与第二助剂的质量比例为3:1；
通过上述步骤得到所述成品大分子单酯减水剂。
2.根据权利要求1所述的一种大分子单酯减水剂的制备工艺，其特征在于所述第二助剂包括以下质量百分比的物质：聚丙烯酸酯30-40％、双脂肪酰胺亚乙基甘氨酸10％-30％，余量为水。
3.根据权利要求1所述的一种大分子单酯减水剂的制备工艺，其特征在于：所述甲氧基聚乙二醇选用分子量在300-1200之间的甲氧基聚乙二醇。
4.根据权利要求1所述的一种大分子单酯减水剂的制备工艺，其特征在于：所述S1中酯化反应中催化剂为浓硫酸、对甲苯磺酸、三氟甲磺酸中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种大分子单酯减水剂的制备工艺，其特征在于：所述S1中酯化反应具体操作为：
(1)按比例将氨基戊二酸、丙氨酸、甲氧基聚乙二醇和催化剂搅拌混合；
(2)再按比例添加阻聚剂，并加热回流，反应过程不断加入带水剂除去反应生成的水。
6.根据权利要求5所述的一种大分子单酯减水剂的制备工艺，其特征在于：所述加热回流的温度维持在100-120℃。
7.根据权利要求1所述的一种大分子单酯减水剂的制备工艺，其特征在于：所述S2中分离和提纯包括以下步骤：
(1)将S1中得到的反应产物进行减压蒸馏；
(2)将减压蒸馏后的产物用萃取剂进行萃取分离；
通过上述步骤后萃取后剩下的物质为成品大分子单酯减水剂。
8.根据权利要求7所述的一种大分子单酯减水剂的制备工艺，其特征在于：所述S2中采用的萃取剂为沸点低于60℃的低沸点萃取剂，萃取剂萃取后的溶液通过以下步骤回收甲氧基聚乙二醇：
(1)将萃取后的溶液进行分馏；
(2)将馏分收集得到萃取剂，剩余的成分为甲氧基聚乙二醇。
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