CN1234636C - 氨基磺酸系高效减水剂及其制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氨基磺酸系高效减水剂及其制造工艺，其配方组分(按重量计)为：氨基芳基磺酸或氨基烷基磺酸80～180份、芳基酚或烷基酚50～120份、尿素40～80份、磺化剂20～80份、缩合剂180～300份、催化剂2～10份、水300～500份和碱20～150份；催化剂为过硫酸铵。按以下步骤生产：1)将按照配方组分的芳基酚或烷基酚、尿素、氨基芳基磺酸或氨基烷基磺酸、磺化剂、水、缩合剂、催化剂和0～120份的碱，在反应釜中均匀搅拌，升温至50℃～105℃，进行磺化、缩聚和歧化反应2-16小时。2)将釜内物料温度降至30℃～55℃，加入碱，调节pH值至8.5～10.5，均匀搅拌。本减水剂使用掺量低、减水率高、塌落度经时损失小、碱含量较低、成本低、游离甲醛含量低。

Description

氨基磺酸系高效减水剂及其制造工艺

技术领域：

本发明属于减水剂及其制造工艺，更具体地说是一种涉及混凝土及砂浆的高效减水剂及其制造工艺。

背景技术：

减水剂是混凝土中用量最大的外加剂品种。随着建筑科学技术的进步，具备高的工作性能、良好的体积稳定性、高强度、高耐久性等特点的高性能混凝土成为混凝土的发展方向。由此，对高性能混凝土中不可缺少的组成材料—高效减水剂提出了更高要求，它不仅应具有优越的分散塑化效果，还要能有效减少和防止塌落度经时损失，以满足施工工艺的需要。目前使用的高效减水剂主要包括改性木质素磺酸盐、萘磺酸盐甲醛缩合物、磺化三聚氰胺甲醛缩合物、聚羧酸类等，这些高效减水剂因自身性能的特点，其应用范围均受到不同程度的限制。如：

木质素磺酸盐是使用最早的减水剂，作为外加剂的应用已经有六十多年的历史。它是以生产纸浆或纤维浆的废液，经石灰乳中和、过滤、喷雾干燥而制成，其原料丰富、价格低廉，成本低，但该减水剂减水率低，缓凝，混凝土的抗压强度提高的幅度小，在混凝土的应用中受到限制。通过对其进行改性处理，得到改性木质素磺酸盐，减水率有所提高，缓凝效果有所降低，但是效果并不明显。

萘磺酸盐甲醛缩合物是当前最具代表性的高效减水剂品种之一，具有价格适中、减水率较高的优点；但是普遍存在水泥适应性差，混凝土塌落度损失较快等缺陷，难以满足实际工程的施工需要。虽通过复合缓凝组分等方法可适当解决，但也产生了一些新问题，影响混凝土早期强度的发展和耐久性。

磺化三聚氰胺甲醛缩合物，作为高效减水剂，它的减水性能与萘系高效减水剂相差无几，但是这类减水剂用于混凝土中拌合物粘度以及塌落度经时损失均比较大，且产品成本价格高，常以较低浓度的液体形式存在，贮存期较短，合成工艺条件要求控制严格，因此只适用于特殊工程。

聚羧酸类高效减水剂具有低掺量，高减水率的优点；但成本太高，现阶段难以推广普及。

中国专利申请号为01129711.5公开了一种氨基磺酸系高效减水剂及其制备方法。这种减水剂具有较高的减水率；水泥净浆或混凝土中掺入此种减水剂，能提高其强度，且具有较大的流动度。但该种减水剂组分中含有木素磺酸盐，而木素磺酸盐中的木质素与用作原料的木材种类、树龄直接相关；因此，木质素成分变化较大，分子结构复杂，使木素磺酸盐的性能产生差异，从而影响最终产品——氨基磺酸系高效减水剂的稳定。而且成品中游离甲醛的含量较高，这将造成对环境的污染，且一定程度上影响了建筑工人的健康。

发明内容：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种添加于混凝土或水泥砂浆的掺量低、减水率高、塌落度经时损失小、碱含量较低、成本低、最终产品中游离甲醛含量低的氨基磺酸系高效减水剂。

本发明为达到以上目的，是通过这样的技术方案来实现的：提供一种氨基磺酸系高效减水剂，其配方组分(按重量计)为：氨基芳基磺酸或氨基烷基磺酸80～180份、芳基酚或烷基酚50～120份、尿素40～80份、磺化剂20～80份、缩合剂180～300份、催化剂2～10份、水300～500份和碱20～150份；所述催化剂为过硫酸铵。

氨基芳基磺酸或氨基烷基磺酸为二氨基苯磺酸、氨基苯磺酸、甲基氨基苯磺酸和对氨基苯磺酸中至少一种。芳基酚或烷基酚为对苯二酚、苄基苯酚、苯酚、苯乙烯酚、对甲苯酚和邻甲苯酚中至少一种。磺化剂为焦亚硫酸钠、亚硫酸氢钠和亚硫酸钠中至少一种；缩合剂为对苯二甲醇和/或甲醛；碱为氢氧化钠。

此种高效减水剂的制造工艺，包括以下步骤：

1)、将按照配方组分的芳基酚或烷基酚、尿素、氨基芳基磺酸或氨基烷基磺酸、磺化剂、水、缩合剂、催化剂和0～120份的碱，投入反应釜中，均匀搅拌，升温至50℃～105℃，进行磺化、缩聚和歧化反应2～16小时；

2)、将反应釜内物料温度降至30℃～55℃，加入碱，调节混合物的PH值至8.5～10.5，均匀搅拌，制成液态的氨基磺酸系高效减水剂。

将液态的氨基磺酸系高效减水剂经过喷雾干燥工序，制得粉状物。

采用上述制造工艺生产的氨基磺酸系高效减水剂是一种非引气、具有单环芳烃型结构特征的水溶性高分子聚合物。该减水剂因其分子空间结构庞大，空间位阻大，所带极性基团多，极性强，在静电斥力和空间位阻的共同作用下，对水泥颗粒具有良好的减水分散效果以及分散性保持能力。尤其在较低水灰比条件下，增强减水特点更为显著，这为混凝土高性能化的发展趋势奠定了基础。

在混凝土中加入本发明的减水剂后，无须再添加其它活性掺和料，即可制备C40～C80的高强混凝土；还可改善和提高混凝土的各种力学性能和耐久性能；且对钢筋无锈蚀危害；因此适用于配制泵送、早强、高强、高抗渗混凝土以及管桩等混凝土制品。

在合成过程中加入了尿素，一方面可以降低成本，更重要的是可以有效降低最终产品中游离甲醛的含量，最大程度减少了对环境的污染。

使用时，本发明的高效减水剂可用干粉或液态的形式掺入到水泥或混凝土中，掺量为水泥或混凝土重量的0.25％～0.75％，最优掺量为0.4％～0.6％。(按固形物计)

具体实施方式：

实施例1：生产液态的高效减水剂，其配方及生产工艺步骤如下：

1)、将100克苯酚、40克尿素、130克对氨基苯磺酸、40克焦亚硫酸钠、307克水、240克甲醛、3克过硫酸铵、100克氢氧化钠，置入反应釜中，边均匀搅拌边升温至70℃，反应15小时；

2)、将反应釜内物料温度降至30℃，加入氢氧化钠，调节混合物的PH值至8.5，均匀搅拌。

将上述液态高效减水剂进行喷雾干燥处理，最终制成粉状产品。

实施例2：生产液态的高效减水剂，其配方及生产工艺步骤如下：

1)、将120克苄基苯酚、80克尿素、170克对氨基苯磺酸钠、40克亚硫酸氢钠、350克水、200克对苯二甲醇、5克过硫酸铵，放置入反应釜中，边均匀搅拌边升温至60℃，反应15.5小时；

2)、将反应釜内物料温度降至40℃，加入氢氧化钠，调节混合物的PH值至9，均匀搅拌。

将上述液态高效减水剂进行喷雾干燥处理，最终制成粉状产品。

实施例3：生产液态的高效减水剂，其配方及生产工艺步骤如下：

1)、将80克对苯二酚、60克尿素、90克二氨基苯磺酸、30克亚硫酸钠、310克水，220克甲醛、8克过硫酸铵、50克氢氧化钠，放入反应釜中，边均匀搅拌边升温至80℃，反应13小时；

2)、将反应釜内物料温度降至50℃，加入氢氧化钠，调节混合物的PH值至10，均匀搅拌。

将上述液态高效减水剂进行喷雾干燥处理，最终制成粉状产品。

实施例4：生产液态的高效减水剂，其配方及生产工艺步骤如下：

1)、将50克苯乙烯酚、10克对甲苯酚、40克尿素、150克氨基苯磺酸、60克焦亚硫酸钠、400克水、240克甲醛、10克过硫酸铵、30克氢氧化钠，放入反应釜中，边均匀搅拌边升温至90℃，反应10.5小时；

2)、将反应釜内物料温度降至55℃，加入氢氧化钠，调节混合物的PH值至10.5，均匀搅拌。

将上述液态高效减水剂进行喷雾干燥处理，最终制成粉状产品。

实施例5：生产液态的高效减水剂，其配方及生产工艺步骤如下：

1)、将80克苯酚、60克尿素、100克对氨基苯磺酸、60对氨基苯磺酸钠、60克亚硫酸氢钠、10克亚硫酸钠、450克水、280克甲醛、9克过硫酸铵、70克氢氧化钠，放入反应釜中，边均匀搅拌边升温至100℃，反应2小时；

2)、将反应釜内物料温度降至45℃，加入氢氧化钠，调节混合物的PH值至8.5，均匀搅拌。

将上述液态高效减水剂进行喷雾干燥处理，最终制成粉状产品。

以下提供使用本发明高效减水剂的一些试验数据，说明其效果：

表1掺加本发明减水剂与其它减水剂在不同掺量下净浆流动度(mm)对比

名称	掺量0.5％	掺量1％	掺量1.2％	掺量1.5％	掺量1.8％	掺量2％
							本发明	100	180	220	250	260	265
萘系高效减水剂	75	130	165	200	220	230
							三聚氰胺系高效减水剂	65	120	165	190	200	210

表2掺加本发明与其它减水剂减水率、塌落度、混凝土性能对比

名称	掺量(％)	减水率(％)	塌落度(mm)	抗压缩强度比(Mpa/％)
							3天	7天	28天
				本发明	1.5	20.0				70	28.8/200	39.4/187	52.2/167
萘系高效减水剂	1.5	15.4	90				25.9/180	30.9/147	40.5/130
				二聚氰胺系高效减水剂	1.5	14.5				65	22.6/157	31.8/151	44.6/143

表3本发明减水剂与其它减水剂对水泥凝结时间影响对比

名称	掺量(％)	初凝(时-分)	终凝(时-分)
				本发明	1.5	6-40	8-30
萘系高效减水剂	1.5	2-55	5-44
				三聚氰胺系高效减水剂	1.5	2-15	4-40

表4掺加本发明与萘系高效减水剂混凝土性能对比

水泥品种	减水剂		用水量(Kg/m3)	水灰比	减水率(％)	塌落度(mm)	抗压强度/抗压强度比(Mpa)
										名称	掺量(％)
	3d	7d										28d
							虎山42.5	本发明	1.5				155	0.47	22.5	70	28.8/200	39.4/187	52.2/167
萘系	1.5	160	0.48	17.9	90	25.9/180				30.9/147	40.5/130
								天鹤42.5	本发明			1.5	163	0.49	22.4	75	28.3/179	35.0/155	44.3/138
萘系	1.5	175	0.53	16.6	80	22.9/145	31.8/141			42.5/132
									穗河42.5		本发明	1.5	162	0.49	20.9	70	38.6/215	42.4/194	62.7/192
萘系	1.5	172	0.52	16.1	90	28.5/159	33.7/155	49.2/151

杭泥42.5	本发明	1.5	173	0.52	24.1	70	28.2/231	30.6/185	45.6/184
										萘系	1.5	183	0.55	19.7	80	23.1/189	30.8/186	39.7/160
	钱潮42.5	本发明	1.5	156	0.47	20.0	80	36.8/161	47.4/150										57.6/134
萘系										1.5	165	0.50	15.4	80	30.9/136	42.9/136	52.6/122

注：以上表格所使用的减水剂均是含量为40％的液体减水剂

以上所述仅为本发明的若干个具体实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，还可以作出许多变型和改进，例如还可使用别的催化剂，所有的变型或改进均应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1、一种氨基磺酸系高效减水剂，其特征在于该减水剂的配方组分(按重量计)为：氨基芳基磺酸或氨基烷基磺酸80～180份、芳基酚或烷基酚50～120份、尿素40～80份、磺化剂20～80份、缩合剂180～300份、催化剂2～10份、水300～500份和碱20～150份；所述催化剂为过硫酸铵。

2、根据权利要求1所述的一种氨基磺酸系高效减水剂，其特征在于：所述氨基芳基磺酸或氨基烷基磺酸为二氨基苯磺酸、氨基苯磺酸、甲基氨基苯磺酸和对氨基苯磺酸中至少一种。

3、根据权利要求1所述的一种氨基磺酸系高效减水剂，其特征在于：所述芳基酚或烷基酚为对苯二酚、苄基苯酚、苯酚、苯乙烯酚、对甲苯酚和邻甲苯酚中至少一种。

4、根据权利要求1所述的一种氨基磺酸系高效减水剂，其特征在于：所述磺化剂为焦亚硫酸钠、亚硫酸氢钠和亚硫酸钠中至少一种；所述缩合剂为对苯二甲醇和/或甲醛；所述碱为氢氧化钠。

5、一种根据权利要求1所述的氨基磺酸系高效减水剂的制造工艺，其特征在于包括以下步骤：

1)、将按照配方组分的芳基酚或烷基酚、尿素、氨基芳基磺酸或氨基烷基磺酸、磺化剂、水、缩合剂、催化剂和0～120份的碱，投入反应釜中，均匀搅拌，升温至50℃～105℃，进行磺化、缩聚和歧化反应2～16小时；

2)、将反应釜内物料温度降至30℃～55℃，加入碱，调节混合物的PH值至8.5～10.5，均匀搅拌，制成液态的氨基磺酸系高效减水剂。

6、根据权利要求5所述的一种氨基磺酸系高效减水剂的制造工艺，其特征是：将所述液态的氨基磺酸系高效减水剂经过喷雾干燥工序，制成粉状产品。