一種低成本脂肪族高效減水劑的製備方法
2023-09-18 17:55:25 2
專利名稱：：一種低成本脂肪族高效減水劑的製備方法
技術領域：
：本發明涉及到一種低成本脂肪族高效減水劑及其製備方法，其降低成本的主要方法在於以低成本的工業副產品作為原料及合成反應過程中能耗的節約，屬於建築材料
技術領域：
。
背景技術：
：混凝土減水劑是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減水劑為主，後者由於價格較高，主要用於客運專線等高性能混凝土中，另外還有密胺樹脂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，並且含有一定量的硫酸鈉，低溫環境下很容易出現結晶沉澱，嚴重限制了它的冬季使用範圍；而新型聚羧酸系高效減水劑價格高，影響其廣泛應用，氨基磺酸系減水劑由於摻量臨界點難以控制，容易造成混凝土的泌水，使用的也非常有限。因此合成和採用低成本的新型高性能減水劑，一直是業界非常重視的問題。脂肪族高效減水劑是在20世紀80年代發展起來的一種新型的高效減水劑的品種，是一種以酮和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。由於其具有摻量小，硫酸鈉含量少(<1%)。冬天無結晶、非引氣性、不含氯鹽、對鋼筋無鏽蝕。對水泥品種的適應性優於萘系產品，生產工藝比較簡單，對環境汙染小等優點，近幾年在國內取得了廣泛應用，特別是在高強混凝土灌注樁、預製混凝土構件和高強混凝土方面應用較多。關於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築行業。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CN1821150A中分別描述了採用對氨基苯磺酸鈉和自製聚羧酸改性劑進行改性的方法，但成本不同程度提高，不利推廣。CN101234865A和CN101186459中分別介紹了用紙叛黑稀液和工業副產品改性脂肪族高效減水劑以降低成本的方法。迄今為止，沒有關於使用工業副產品，同時採用無熱源法製造脂肪族高效減水劑的方法及其應用的報導，變濃度法在脂肪族高效減水劑合成中的應用也未見報導。
發明內容技術問題本發明的目的是提供一種低成本脂肪族高效減水劑的製備方法，該方法通過調整原材料配比和加料順序，各階段反應平穩，易於控制，避免縮合反應中的爆聚和凝膠化現象的產生；通過含有亞硫酸鈉的工業副產品的使用，降低了產品的原材料成本。技術方案本發明的低成本脂肪族高效減水劑的製備方法為使用酮類、醛類化合物作為縮合單體，用含有亞硫酸鈉的工業副產品代替40%~60%重量的無水亞硫酸鈉作為磺化劑，在水溶液中化學合成脂肪族減水劑，包括以下步驟首先，反應釜中放入第一部分水及磺化劑，進行磺化劑水解反應；此後，在上述溶液中滴入酮類化合物，進行酮類化合物的磺化回流反應；接著，向溶液中滴加醛類化合物，進行羰基化反應，控制滴加速度使釜內溫度維持在35°C~55°C，其間加入第二部分水以維持所需較低溫度；然後，快速滴加剩餘醛類化合物使溫度升至9(TC95'C，進行高溫縮合反應；最後，加入第三部分水，混合冷卻後得到液體脂肪族高效減水劑。其中可用含有亞硫酸鈉的工業副產品替代無水亞硫酸鈉作為磺化劑；所述酮類化合物包括丙酮、丁酮、環己酮、甲乙酮或苯乙酮中的一種或任意幾種的混合物；所述醛類化合物包括甲醛、多聚甲醛、乙醛或糠醛中的一種或任意幾種的混合物；所述含有亞硫酸鈉的工業副產品包括保險粉副產品(亞硫酸鈉含量70%)或磺化法苯酚副產品(亞硫酸鈉含量65%)的一種或兩種的混合物；所述酮類化合物、醛類化合物與磺化劑的摩爾比為2.2~2.8:1.0~1.2:0.5~1.1;所用反應釜帶有聚氨酯保溫材料製成的保溫層；在反應中，利用亞硫酸鹽水解及酮類化合物的磺化回流反應過程在35°C~55°C的條件下持續0.51小時，高溫縮合反應持續25小時。本製備方法發明的關鍵是通過將直接合成變成分步合成，使反應速度變得溫和、可控，利用每步反應產生的熱量使體系溫度不斷升高，同時配合水的分批加入實現變濃度法合成，滿足產品生產全過程對熱量的需求，不再提供其它熱源，即可使用無熱源法進行脂肪族減水劑的合成。有益效果本發明所提供的方法與以往的技術相比具有如下優點(1)通過調整原材料配比和加料順序，各階段反應平穩，易於控制，避免縮合反應中的爆聚和凝膠化現象的產生；(2)通過含有亞硫酸鈉的工業副產品的使用，降低了產品的原材料成本；(3)通過變濃度法生產工藝的應用，及縮合單體的分步滴加，達到產品的無熱源法生產，簡化了生產設備，降低了固定資產投資及能耗成本；(4)本發明方法製備過程中無三廢(廢水、廢氣、廢渣)排放，對環境無汙染，產品本身無味，使用環境好；(5)本發明方法製備的低成本脂肪族高效減水劑原料廣泛，成本低，適應於建築、水電、交通等行業的建築工程，具有良好的應用前景。具體實施例方式本發明的低成本脂肪族高效減水劑的製備方法，包括以下步驟首先，保溫反應釜中放入部分水及磺化劑，進行磺化劑水解反應；此後，在上述溶液中滴入酮類化合物，進行酮類化合物的磺化回流反應；接著，向溶液中滴加醛類化合物，進行羰基化反應，控制滴加速度使釜內溫度維持在35°C~55°C,其間加入部分水以維持所需較低溫度；然後，快速滴加剩餘醛類化合物使溫度升至90°C~95°C，進行高溫縮合反應；最後，加入剩餘的水，混合冷卻後得到液體脂肪族高效減水劑。其中，此高效減水劑的原料中，酮類化合物、醛類化合物與磺化劑的摩爾比為2.2~2.8:1.0~1.2:0.5~1.1。此高效減水劑的原料中，酮類化合物包括丙酮、丁酮、環己酮、苯乙酮等的一種或幾種；醛類化合物包括甲醛、多聚甲醛、乙醛、糠醛等的一種；含有亞硫酸鈉的工業副產品包括磺化法苯酚副產品、保險粉副產品的一種或兩種的混合物。亞硫酸鹽水解及酮類化合物的磺化回流反應過程在35。C55。C的條件進行，持續0.5~1小時。在進行羰基化放熱反應過程中，滴加醛類化合物時，分為兩部分加入。其中25%~40%的醛類化合物在35°0~55°(:時滴加，持續時間2~5h，60%~75%的醛類化合物快速滴加至升溫到90°C~95°C,然後慢速滴加保溫直至滴完，此階段反應持續25小時。實施例l在保溫反應釜中，投入80千克磺化法苯酚副產品、58千克無水亞硫酸鈉和150千克水，攪拌溶解，在30分鐘內滴加丙酮85千克，緩慢滴加115千克甲醛，控制體系溫度為45'C5(TC，4小時滴完，加入150千克水，剩餘212千克甲醛快速滴加使體系溫度升至9(TC95'C並在此溫度下保溫2小時，加水150千克充分攪拌後冷卻至室溫出料，即得液體高效減水劑。實施例2在保溫反應釜中，投入73千克磺化法苯酚副產品、75千克無水亞硫酸鈉和150千克水，攪拌溶解，在30分鐘內滴加丙酮80千克，緩慢滴加105千克甲醛，控制體系溫度為35°C~40°C,4.5小時滴完，加入150千克水，剩餘165千克甲醛快速滴加使體系溫度升至90'C95"C並在此溫度下保溫3小時，加水160千克充分攪拌後冷卻至室溫出料，即得液體高效減水劑。實施例3在保溫反應釜中，投入80千克保險粉副產品、56千克無水亞硫酸鈉和150千克水，攪拌溶解，在30分鐘內滴加丁酮98千克，緩慢滴加96千克甲醛，控制體系溫度為40'C45'C，4.5小時滴完，加入150千克水，剩餘180千克甲醛快速滴加使體系溫度升至9(TC95'C並在此溫度下保溫3.5小時，加水190千克充分攪拌後冷卻至室溫出料，即得液體高效減水劑。實施例4在保溫反應釜中，投入66千克保險粉副產品、50千克無水亞硫酸鈉和150千克水，攪拌溶解，在30分鐘內滴加丙酮80千克，緩慢滴加100千克乙醛，控制體系溫度為50°C~55'C,2小時滴完，加入150千克水，剩餘234千克乙醛快速滴加使體系溫度升至9(TC95'C並在此溫度下保溫5小時，加水170千克充分攪拌後冷卻至室溫出料，即得液體高效減水劑。以下為本發明的性能情況及其與同類產品的各項性能比較情況主要原材料、混凝土配合比及試驗方法原材料水泥中國水泥廠生產海螺P'042.5水泥砂細度模數為2.5的中砂。石子南京江寧產玄武巖，粒徑為5~20mm的碎石。混凝土配合比水泥砂中石小石=1:2.16:2.12:1.42在配製混凝土時，水泥、砂、石材料按以上配合比進行稱量，加水量則以控制坍落度為8±lcm為標準。未摻加外加劑配製的混凝土稱為基準混凝土。試驗方法混凝土性能試驗主要包括減水率、泌水率、含氣量、凝結時間、抗壓強度、混凝土的收縮等。減水率、泌水率、含氣量、凝結時間試驗方法參照GB8076-97《混凝土外加劑》的相關規定執行。混凝土抗壓強度試驗方法參照GBJ81-85《普通混凝土力學性能試驗方法》的相關規定執行。表l實施例3的勻質性指標tableseeoriginaldocumentpage7注摻量為固體份0.5%，水泥淨漿流動度試驗加水量為87mL。表2實施例3的混凝土性能tableseeoriginaldocumentpage8注摻量為固體份0.5%。表3本發明與其它髙效減水劑的混凝土性能對比tableseeoriginaldocumentpage8注鎮江產某脂肪族高效減水劑SMT，南京產某脂肪族高效減水劑NT，上海產某三聚氰胺高效減水劑ZXT，山西產某萘系高效減水劑SPA。表中的摻量均折合成粉劑摻量，用水量中扣除減水劑引入水量。權利要求1、一種低成本脂肪族高效減水劑的製備方法，其特徵在於使用酮類、醛類化合物作為縮合單體，用含有亞硫酸鈉的工業副產品代替40％～60％重量的無水亞硫酸鈉作為磺化劑，在水溶液中化學合成脂肪族減水劑，包括以下步驟首先，反應釜中放入第一部分水及磺化劑，進行磺化劑水解反應；此後，在上述溶液中滴入酮類化合物，進行酮類化合物的磺化回流反應；接著，向溶液中滴加醛類化合物，進行羰基化反應，控制滴加速度使釜內溫度維持在35℃～55℃，其間加入第二部分水以維持所需較低溫度；然後，快速滴加剩餘醛類化合物使溫度升至90℃～95℃，進行高溫縮合反應；最後，加入第三部分水，混合冷卻後得到液體脂肪族高效減水劑。2、如權利要求1所述的低成本脂肪族高效減水劑的製備方法，其特徵在於所用反應釜帶有聚氨酯保溫材料製成的保溫層。3、如權利要求1所述的低成本脂肪族高效減水劑的製備方法，其特徵在於利用亞硫酸鹽水解及酮類化合物的磺化回流反應過程在35°C~55°C的條件下持續0.5~1小時，高溫縮合反應持續2~5小時。4、如權利要求1所述的低成本脂肪族高效減水劑的製備方法，其特徵在於所述酮類化合物包括丙酮、丁酮、環己酮或苯乙酮中的一種或任意幾種的混合物。5、如權利要求1所述的低成本脂肪族高效減水劑的製備方法，其特徵在於所述醛類化合物包括甲醛、多聚甲醛、乙醛或糠醛中的一種或任意幾種的混合物。6、如權利要求2所述的低成本脂肪族高效減水劑的製備方法，其特徵在於所述含有亞硫酸鈉的工業副產品包括保險粉副產品或磺化法苯酚副產品的一種或兩種的混合物。7、如權利要求1所述的低成本脂肪族高效減水劑的製備方法，其特徵在於所述酮類化合物、醛類化合物與磺化劑的摩爾比為2.2~2.8:1.0~1.2:0.5~1.1。全文摘要一種低成本脂肪族高效減水劑及其製備方法，包括以下步驟首先，反應釜中放入部分水及磺化劑，進行磺化劑水解反應；此後，在上述溶液中滴入酮類化合物，進行酮類化合物的磺化回流反應；接著，向溶液中滴加醛類化合物，進行羰基化反應，控制滴加速度使釜內溫度維持在35℃～55℃，其間加入部分水以維持所需較低溫度；然後，快速滴加剩餘醛類化合物使溫度升至90℃～95℃，進行高溫縮合反應；最後，加入剩餘的水，混合冷卻後得到液體脂肪族高效減水劑。通過含有亞硫酸鈉的工業副產品的使用，降低了產品的原材料成本；通過變濃度法生產工藝的應用，及醛類化合物的分步滴加，達到產品的無熱源法生產，簡化了生產設備，降低了固定資產投資及能耗成本。文檔編號C04B103/30GK101531479SQ20091002920公開日2009年9月16日申請日期2009年4月3日優先權日2009年4月3日發明者唐修生,徐文平,萍朱,冬王,祝燁然,明蔡,陳國新,黃國泓申請人:南京瑞迪高新技術公司