專利名稱：一種改性脂肪族高效減水劑及其制備方法
技術領域：
本發明涉及到一種改性脂肪族高效減水劑及其制備方法，屬于建筑材料技術領域。
背景技術：
混凝土減水劑已經成為高性能混凝土中的一個重要組成成分。目前在國內市場上，高效減水劑以萘系和聚羧酸系為主，后者由于價格較高，主要用于客運專線等高性能混凝土中，另外還有三聚氰胺系和氨基磺酸系高效減水劑等。萘系減水劑的缺點是坍落度損失較大，并且由于硫酸鈉含量較高，低溫環境下很容易出現結晶沉淀，嚴重限制了它的冬季使用范圍；而新型聚羧酸系高性能減水劑價格高，在低摻量下對摻量敏感，且與萘系減水劑等不相容，影響其廣泛應用；氨基磺酸系減水劑由于摻量臨界點難以控制，容易造成混凝土的泌水，原料價格也始終居高不下，導致其使用也非常有限；三聚氰胺系高效減水劑在性能和成本兩方面都沒有優勢，目前的市場份額更小。因此合成和應用低成本新型高效減水劑，一直是混凝土尤其是商品混凝土領域非常重視的問題。脂肪族高效減水劑是是一種以丙酮、甲醛以及亞硫酸鹽等單體為主要原料，通過碳負離子的產生而縮合成脂肪族高分子鏈。由于其具有摻量小，硫酸鈉含量少(<1%)。冬天無結晶、非引氣性、不含氯鹽、對鋼筋無銹蝕。對水泥品種的適應性優于萘系產品，生產工藝比較簡單，對環境污染小等優點，在國內取得了廣泛應用，特別是在高強混凝土灌注樁、預制混凝土構件和高強混凝土方面應用較多。關于脂肪族高效減水劑的研究國內已經有一些研究成果，主要集中在油井和建筑行業。目前大多數研究成果可歸納為以丙酮、甲醛和亞硫酸鹽(包括無水亞硫酸鈉、焦亞硫酸鈉及亞硫酸氫鈉)等單體為原料，通過低溫滴加和加熱高溫縮合兩個步驟合成。另外也有一些在此基礎上的改性研究。我國公開專利CN100357213C和CN102276179A中分別描述了采用對氨基苯磺酸鈉進行改性的方法，CN1821150A采用了自制聚羧酸改性劑進行改性，CN101234865A和CN101186459中分別介紹了用紙漿黑稀液和工業副產品進行改性等。脂肪族高效減水劑的反應機理復雜，很多單體和工藝配方都能進行脂肪族高效減水劑的合成，相應產品的性能差異也很大，雖然對于其改性已有較多研究，但引入新單體，對脂肪族高效減水劑的性能進行改性尚有較大空間
發明內容
本發明的目的是提供一種改性脂肪族高效減水劑的制備方法，該方法通過引入新的單體丙烯酰胺，增大了脂肪族高效減水劑的減水率、減小了混凝土的坍落度損失，并使其水泥適應性更好。本發明的改性脂肪族高效減水劑的制備方法為:使用丙酮、甲醛作為縮合單體，用亞硫酸鈉作為磺化劑，丙烯酰胺作為改性單體，在引發劑作用下合成改性脂肪族減水劑，包括以下步驟:(I)改性劑的制備:
反應釜中投入丙烯酰胺、亞硫酸鈉和水，升溫至50°c左右溶解；緩慢滴加甲醛，I小時左右滴完，滴加過程中控制溫度在70±3°C;滴完后繼續保溫3小時左右；然后冷卻出料，得到淺黃色透明液體，即磺甲基化丙烯酰胺改性劑。( 2)改性脂肪族減水劑的制備:
反應釜內加水及亞硫酸鈉，攪拌溶解；接著滴加丙酮，半小時左右滴完；加入預先配好的引發劑溶液；滴加約占總量1/3的甲醛，控制滴加速度維持釜內溫度不超過55°C，2飛小時滴完；接著快速滴加剩余的甲醛，同時滴加改性劑，I小時左右滴完，并控制溫度為900C 95°C，滴完后保溫2小時左右；最后加水并冷卻至40°C以下出料，得到棕紅色液體改性脂肪族聞效減水劑。本發明涉及一種改性脂肪族高效減水劑的制備方法，按重量份數計，包括下述成分:
甲醛:200 360 ；
丙酮:55 70 ；
亞硫酸鈉: 85 265 ；
丙烯酰胺:14 45 ；
引發劑:廣12;
水:400 600。
各組分較佳的重量比為:
甲醛:240 320 ；
丙酮:55 62 ；
亞硫酸鈉:120 215 ；
丙烯酰胺: 18 30 ；
引發劑:2.5、；
水:450 550。所述的引發劑采用過硫酸鹽，包括過硫酸鉀、過硫酸鈉和過硫酸銨中的任意一種，用量為反應單體總質量的0.Γ2.0%。所制備的改性脂肪族高效減水劑的濃度為3(Γ40%。本發明所提供的方法與以往的技術相比具有如下優點:
(1)通過改性單體丙烯酰胺的引入，增大了脂肪族高效減水劑的減水率、減小了混凝土的坍落度損失，并使其水泥適應性更好；
(2)本發明方法制備過程中無三廢(廢水、廢氣、廢渣)排放，對環境無污染，產品本身無味，使用環境好；
(3)本發明方法制備的改性脂肪族高效減水劑原料廣泛，成本低，適應于建筑、水電、交通等行業的建筑工程，具有良好的應用前景。
具體實施例方式以下用具體實施例來詳細說明本發明的實施方式，借此對本發明如何應用技術手段來解決技術問題，并達成技術效果的實現過程能充分理解并據以實施。
合成實施例1。(I)改性劑的制備:反應釜中投入丙烯酰胺21公斤、亞硫酸鈉45公斤和水100公斤，升溫至50°C溶解；緩慢滴加甲醛44公斤，I小時滴完，滴加過程中控制溫度在70±3°C ；滴完后繼續保溫3小時；然后冷卻出料，得到淺黃色透明液體，即磺甲基化丙烯酰胺改性劑。(2)改性脂肪族減水劑的制備:反應釜內加水150公斤及亞硫酸鈉100公斤，攪拌溶解；接著滴加丙酮58公斤，半小時滴完；過硫酸鈉3公斤加水50公斤配成引發劑溶液后加入反應釜；慢速滴加甲醛65公斤，控制滴加速度維持釜內溫度不超過55°C，2飛小時滴完；繼續滴加甲醛150公斤，同時滴加第一步所制備的改性劑，I小時滴完，并控制溫度為900C 95°C，滴完后保溫2小時；最后加水214公斤并冷卻至40°C以下出料，得到棕紅色液體改性脂肪族高效減水劑。合成實施例2。(I)改性劑的制備:反應釜中投入丙烯酰胺24公斤、亞硫酸鈉50公斤和水100公斤，升溫至50°C溶解；緩慢滴加甲醛52公斤，I小時滴完，滴加過程中控制溫度在70±3°C ；滴完后繼續保溫3小時；然后冷卻出料，得到淺黃色透明液體，即磺甲基化丙烯酰胺改性劑。(2)改性脂肪族減水劑的制備:反應釜內加水150公斤及亞硫酸鈉130公斤，攪拌溶解；接著滴加丙酮55公斤，半小時滴完；過硫酸鉀5公斤加水50公斤配成引發劑溶液加入反應釜；慢速滴加甲醛65公斤，控制滴加速度維持釜內溫度不超過55°C，2飛小時滴完；繼續滴加甲醛153公斤，同時滴加第一步所制備的改性劑，I小時滴完，并控制溫度為900C 95°C，滴完后保溫2小時；最后加水166公斤并冷卻至40°C以下出料，得到棕紅色液體改性脂肪族高效減水劑。合成實施例3。(I)改性劑的制備:反應釜中投入丙烯酰胺20公斤、亞硫酸鈉48公斤和水100公斤，升溫至50°C溶解；緩慢滴加甲醛39公斤，I小時滴完，滴加過程中控制溫度在70±3°C ；滴完后繼續保溫3小時；然后冷卻出料，得到淺黃色透明液體，即磺甲基化丙烯酰胺改性劑。(2)改性脂肪族減水劑的制備:反應釜內加水150公斤及亞硫酸鈉137公斤，攪拌溶解；接著滴加丙酮60公斤，半小時滴完；過硫酸銨3公斤加水50公斤配成引發劑溶液加入反應釜；慢速滴加甲醛66公斤，控制滴加速度維持釜內溫度不超過55°C，2飛小時滴完；繼續滴加甲醛140公斤，同時滴加第一步所制備的改性劑，I小時滴完，并控制溫度為900C 95°C，滴完后保溫2小時；最后加水187公斤并冷卻至40°C以下出料，得到棕紅色液體改性脂肪族高效減水劑。合成實施例4。(I)改性劑的制備:反應釜中投入丙烯酰胺18公斤、亞硫酸鈉35公斤和水100公斤，升溫至50°C溶解；緩慢滴加甲醛46公斤，I小時滴完，滴加過程中控制溫度在70±3°C ；滴完后繼續保溫3小時；然后冷卻出料，得到淺黃色透明液體，即磺甲基化丙烯酰胺改性劑。
(2)改性脂肪族減水劑的制備:反應釜內加水150公斤及亞硫酸鈉95公斤，攪拌溶解；接著滴加丙酮55公斤，半小時滴完；過硫酸鈉4公斤加水50公斤配成引發劑溶液加入反應釜；慢速滴加甲醛64公斤，控制滴加速度維持釜內溫度不超過55°C，2飛小時滴完；繼續滴加甲醛185公斤，同時滴加第一步所制備的改性劑，I小時滴完，并控制溫度為900C 95°C，滴完后保溫2小時；最后加水198公斤并冷卻至40°C以下出料，得到棕紅色液體脂肪族聞效減水劑。應用實施例1。參照國家標準GB 8076-2008《混凝土外加劑》中高效減水劑的相關規定，評價摻本發明改性脂肪族高效減水劑的混凝土的減水率、凝結時間及不同齡期強度。試驗采用中國水泥廠生產海螺P.042.5水泥；細度模數為2.7的中砂；南京產玄武巖碎石，5 20_連續級配；混凝土配合比為C: S: G=330: 700: 1140，調整用水量使新拌混凝土初始坍落度為80mm± 10mm，減水劑的摻量為水泥重量的0.4%浙固)。試驗結果見表I。表I本發明與其它高效減水劑的混凝土性能對比
權利要求
1.一種改性脂肪族高效減水劑，其特征在于，按重量份數計，包括下述成分原料組分: 甲醛:200 360 ； 丙酮:55 70 ； 亞硫酸鈉: 85 265 ； 丙烯酰胺:14 45 ； 引發劑:廣12; 水:400 600。
2.根據權利要求1所述的改性脂肪族高效減水劑的制備方法，其特征在于，原料組分按照下述重量份制備而成: 甲醛:240 320 ； 丙酮:55 62 ； 亞硫酸鈉:120 215 ； 丙烯酰胺: 18 30 ； 引發劑:2.5、； 水:450 550。
3.根據權利要求1所述的改性脂肪族高效減水劑的制備方法，其特征在于:所述的引發劑采用過硫酸鹽，包括過硫酸鉀、過硫酸鈉和過硫酸銨中的任意一種。
4.一種權利要求1-3之一所述改性脂肪族高效減水劑的制備方法，其特征在于:使用丙酮、甲醛作為縮合單體，用亞硫酸鈉作為磺化劑，丙烯酰胺作為改性單體，在引發劑作用下合成改性脂肪族減水劑，包括以下步驟: (1)改性劑的制備: 反應釜中投入丙烯酰胺、亞硫酸鈉和水，升溫至50°C溶解；緩慢滴加甲醛，I小時滴完，滴加過程中控制溫度在70±3°C ;滴完后繼續保溫3小時；然后冷卻出料，得到淺黃色透明液體，即磺甲基化丙烯酰胺改性劑； (2)改性脂肪族減水劑的制備: 反應釜內加水及亞硫酸鈉，攪拌溶解；接著滴加丙酮，半小時滴完；加入預先配好的引發劑溶液；慢速滴加約占總量1/3的甲醛，控制滴加速度維持釜內溫度不超過55°C，2飛小時滴完；接著快速滴加剩余的甲醛，同時滴加改性劑，I小時滴完，并控制溫度為900C 95°C，滴完后保溫2小時；最后加水并冷卻至40°C以下出料，得到棕紅色液體改性脂肪族聞效減水劑。
5.根據權利要求4所述的改性脂肪族高效減水劑的制備方法，其特征在于:所述兎發逝用量為反應單體總質量的0.Γ2.0%。
6.根據權利要求4所述的改性脂肪族高效減水劑的制備方法，其特征在于:所述改性脂肪族高效減水劑制備 過程中慢速滴加甲醛的時間為2飛小時，具體時間根據環境溫度調整，以便反應釜溫度能更好的控制在55°C以下。
7.根據權利要求4所述的改性脂肪族高效減水劑的制備方法，其特征在于:所制備的改性脂肪族高效減水劑的濃度為3(Γ40%。
全文摘要
本發明涉及一種改性脂肪族高效減水劑及其制備方法，所制備的脂肪族高效減水劑具有更高的減水率、更小的混凝土坍落度損失，水泥適應性也更好。該改性脂肪族高效減水劑的制備方法包括(1)改性劑的制備丙烯酰胺、亞硫酸鈉和水升溫溶解，1小時內緩慢滴加甲醛；滴完保溫3小時后冷卻出料，得到磺甲基化丙烯酰胺改性劑。(2)改性脂肪族高效減水劑的制備亞硫酸鈉加水攪拌溶解；半小時內滴加丙酮；加入預先配好的引發劑溶液；慢速滴加約占總量1/3的甲醛；接著快滴剩余的甲醛，同時滴加改性劑，1小時滴完，繼續保溫2小時；最后加水冷卻出料得到棕紅色液體改性脂肪族高效減水劑。
文檔編號C04B24/16GK103113036SQ20131007642
公開日2013年5月22日 申請日期2013年3月12日 優先權日2013年3月12日
發明者陳國新, 祝燁然, 黃國泓, 王冬, 沈燕平, 徐唯唯, 楊日, 付丹華, 王毅, 杜志芹, 劉興榮, 蔡明 申請人:南京瑞迪高新技術有限公司