脂肪族高效减水剂的合成工艺_徐寿相

1、0前言高效减水剂是生产高强、高性能混凝土的主要原料之一。 目前在国内市场上 , 使用的高效减水剂主要有 萘系减水剂 , 磺化三聚氰胺系减水剂 , 氨基磺酸盐系减 水剂以及聚羧酸盐系减水剂 1, 2。其中萘系减水剂使用 量最大 , 但是它存在着一些缺陷 :比如生产过程中对环 境污染比较严重 ; 减水率不是很高 ; 产品保坍性能差 ; 硫酸钠含量高 , 冬季有结晶沉淀的现象。 而且原料工业 萘价格波动较大。脂肪族减水剂是上世纪 80年代发展起来的一种 新型减水剂 3。它是以丙酮、甲醛、 焦亚硫酸钠、 亚硫酸 钠等为主要原料 , 经过磺化、缩合而制得的阴离子高分 子表面活性剂。 它具有以下特点 :(

2、1 减水率高。 (2 含 气量低 , 有利于制备高强、高性能混凝土。 (3 Na 2SO 4含 量低 , 冬季无结晶沉淀现象 , 可以方便地复配成防冻 剂、 泵送剂。 (4 原料来源广泛 , 在工业萘价格上扬的今 天 , 其性价比要高于萘系减水剂。脂肪族高效减水剂反应机理比较复杂 4。 不同的工 艺和配方虽然都可以生产出脂肪族减水剂 , 但是各种 产品的综合性能相差很大。影响脂肪族减水剂性能的 因素有 :合成时的加料方式、反应温度、 反应浓度、 原料 配比等 5。本文在介绍合成工艺的基础上 , 对几个重要 影响因素进行了讨论分析。1实验 1.1主要原料丙酮 (工业级 、甲醛 (工业级 、 焦亚

3、硫酸钠和亚硫 酸钠 (工业级 。1.2合成实验(1 将 一 部 分 甲 醛 、 丙 酮 和 Na 2S 2O 5混 合 均 匀 , 备 用。(2 在装有回流冷凝管、 温度计、 搅拌器、 滴液漏斗的四口烧瓶中加入称量好的自来水和 Na 2SO 3以及另 一部分甲醛。开动搅拌器用水浴升温至 55 , 在 5565 条件下用滴液漏斗缓慢滴加上述的混合液 , 滴加 时间 34h 。(3 滴加完毕后 , 升温至 9095 , 保温 23h , 得到 含固量为 35%的产品。1.3水泥净浆实验和混凝土实验(1 实验原材料 :减水剂为本实验合成的脂肪族高效减水剂。 此外 , 为了与其它减水剂比较 , 选用了

4、常用 的磺化三聚氰胺减水剂 SM 及萘系减水剂 ; 水泥采用52.5基准水泥 ; 集料为 520mm 的碎石和风干中砂。(2 水泥净浆实验 :按照 GB/8077-2000的方法测 定水泥净浆流动度。(3 混凝土实验 :按 照 GB8076-1997的 方 法 进 行 混凝土性能的测定。2结果与讨论2.1加料方式对产品分散性能的影响不同的加料方式得到的产品的结构不一样 , 从而使产品的分散性能不一样。 实验中 , 分别滴加不同量的 甲醛 (A 及丙酮 (B , 所得脂肪族减水剂产品的分散性 能见表 1。由表 1可以看出 , 不同的加料方式对脂肪族减水 剂的分散性有较大影响。单独滴加甲醛 (A

5、时净浆流 动度只有 170mm , 混合滴加 50%的甲醛和全部丙酮时 流动度可以达到 260mm 。脂肪族高效减水剂的合成工艺徐寿相 1, 许如源 1, 刘长春 2(1. 苏州兴邦化学建材有限公司 , 215155; 2. 常州工程职业技术学院 , 213164摘要 :报道了合成脂肪族高效减水剂的试验研究 , 并对影响产品分散性的几个工艺因素进行了分析。关键词 :高效减水剂 ; 脂肪族化合物 ; 合成工艺Abstract:The synthesis process for an aliphatic superplasticizer in laboratory is described and

6、 some technological fators, which will imfluence on flowability of products, are discussed.文献标识码 :B文章编号 :1000-4637(2007 03-15-02表 1加料方式对分散性的影响滴加方式A 170A+0.5B 2300.5A+B 260B 220流动度 /mm注 :减水剂掺量为水泥量的 0.5%, W/C 为 0.29。2007年第 3期混 凝 土 与 水 泥 制 品2007No36月CHINA CONCRETE AND CEMENT PRODUCTSJune-磺化剂与丙酮的摩尔比0.52

7、200.62450.72600.8210流动度 /mm流动度 /mm2.2醛酮摩尔比对分散性能的影响不同的醛酮摩尔比得到的产品的相对分子量及分 子量分布不一样。作为一种分散剂要有合适的相对分 子质量及分子量分布 , 所以醛酮摩尔比是生产脂肪族 减水剂的一个重要参数。试验分别在不同醛酮摩尔比 下合成脂肪族减水剂 , 其产品分散性见表 2。由表 2可以看出 , 醛酮摩尔比为 2.1时 , 产品的分 散性能最理想。 醛酮摩尔比过小或过大时 , 产品的分散 性能都不理想。2.3磺化剂同丙酮摩尔比对分散性能的影响磺化剂用量是影响脂肪族减水剂分散性的另一关键因素。 因为磺化剂为产物提供了磺酸基团 , 而较

8、多的 磺酸基团对产品的分散性有利。 但如果磺酸基团过多 , 则由于空间位阻的影响又会使缩合困难 , 从而导致产 品分子量过小 , 即磺酸基团过多会使产品分散性能下 降。实验研究了磺化剂同丙酮的摩尔比对产品分散性 能的影响 , 结果见表 3。由表 3可知 , 磺化剂与丙酮的摩尔比在 0.7时产 品的分散性最好。2.4Na 2SO 3与 Na 2S 2O 5的摩尔比对分散性的影响脂肪族减水剂是在碱性条件下合成的 , pH 值一般 在 10.512为好。 所以用 Na 2SO 3和 Na 2S 2O 5配合使用来 调整 pH 值。分别在不同 Na 2SO 3与 Na 2S 2O 5的摩尔比下 合成脂

9、肪族减水剂 , 其分散性见表 4。由表 4可以看出 , Na 2SO 3与 Na 2S 2O 5的摩尔比在 7时产品的分散性最好。 Na 2SO 3/Na 2S 2O 5过小或过大时的pH 值均不合适 , 从而使产品的分散性下降。 2.5反应物浓度对分散性的影响反应物只有在合理的浓 度 下 才 能 得 到 理 想 的 产 品 , 浓度过低使反应不易进行 , 浓度过大又使反应太过 激烈 , 导致产品分子量过大。 分别在不同浓度下合成脂 肪族减水剂 , 其分散性见表 5。从表 5可以看出 , 浓度在 35%时产品的分散性能 最理想。浓度过大或过小都对产品分散性不利。3脂肪族减水剂同其它减水剂的性能

10、比较将脂肪族减水剂与其它品种减水剂进行了混凝土性能比较实验 (按 GB8076-1997进行 , 实验结果见表6。表 6的数据表明 :(1 脂肪族减水剂用量 0.5%时 , 减水率可以达到 20.8%, 说明其分散性能良好。 (2 脂肪 族减水剂的减水率比萘系和 SM 减水剂都要高 , 同时 其 3d 、 7d 、 28d 的抗压强度也较高。4结论(1 经试验得到的合成酯肪族高效减水剂的最佳配合比是甲醛 :丙酮 :磺 化 剂 =2.1:1:0.7, 其 中 Na 2SO 3/Na 2S 2O 5=7。(2 加料方式对产品性能有较大影响 , 建议采用滴 加 50%的甲醛和全部的丙酮 , 其所获产

11、品的综合性能 良好。(3 优化脂肪族减水剂的配方和工艺 , 可以缩短生 产周期 , 降低生产成本 , 提高产品的性能。参考文献 :1王国建 , 等 . 后酯化法制备聚羧酸盐高效减水剂的研究 J. 新型建 筑材料 , 2006(4 :45-50.2季春伟 , 等 .VIVID-500聚羧酸超塑化剂性能评价 J. 混凝土 , 2005(4 :17-20.3朱新法 . 脂肪 族磺 酸盐减 水剂 合成 方 法 综 述 J. 混 凝 土 , 2004(9 :34-36.4王万金 . 脂肪族高效减水剂的生产工艺 J. 现代化工 (增刊 , 2004(7 :190-192.5唐耀辉 .TH-A 新型脂肪族高效减水剂的研究 J. 中国混凝土外加 剂 , 2005(3 :26-28.收稿日期 :2007-04-20作者简介 :徐寿相 (1978.10- , 男 , 助理工程师。 通讯地址 :苏州市望亭新华开发区 联系电话 2醛酮摩尔比对分散性的影响醛酮摩尔比1.62001.92352.12602.42402.7200表 3磺化剂同丙酮的摩尔比对分散性的影响表 4Na 2SO 4与 Na 2S 2O 5的摩尔比对分散性的影响流动度 /mm Na 2SO 4与 Na 2S 2O 5的摩尔比11903220