专利名称：一种改性脂肪族高效减水剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及到一种改性脂肪族高效减水剂及其制备方法，属于建筑材料技术领域。
背景技术：
混凝土减水剂已经成为高性能混凝土中的一个重要组成成分。目前在国内市场上，高效减水剂以萘系和聚羧酸系为主，后者由于价格较高，主要用于客运专线等高性能混凝土中，另外还有三聚氰胺系和氨基磺酸系高效减水剂等。萘系减水剂的缺点是坍落度损失较大，并且由于硫酸钠含量较高，低温环境下很容易出现结晶沉淀，严重限制了它的冬季使用范围；而新型聚羧酸系高性能减水剂价格高，在低掺量下对掺量敏感，且与萘系减水剂等不相容，影响其广泛应用；氨基磺酸系减水剂由于掺量临界点难以控制，容易造成混凝土的泌水，原料价格也始终居高不下，导致其使用也非常有限；三聚氰胺系高效减水剂在性能和成本两方面都没有优势，目前的市场份额更小。因此合成和应用低成本新型高效减水剂，一直是混凝土尤其是商品混凝土领域非常重视的问题。脂肪族高效减水剂是是一种以丙酮、甲醛以及亚硫酸盐等单体为主要原料，通过碳负离子的产生而缩合成脂肪族高分子链。由于其具有掺量小，硫酸钠含量少(<1%)。冬天无结晶、非引气性、不含氯盐、对钢筋无锈蚀。对水泥品种的适应性优于萘系产品，生产工艺比较简单，对环境污染小等优点，在国内取得了广泛应用，特别是在高强混凝土灌注桩、预制混凝土构件和高强混凝土方面应用较多。关于脂肪族高效减水剂的研究国内已经有一些研究成果，主要集中在油井和建筑行业。目前大多数研究成果可归纳为以丙酮、甲醛和亚硫酸盐(包括无水亚硫酸钠、焦亚硫酸钠及亚硫酸氢钠)等单体为原料，通过低温滴加和加热高温缩合两个步骤合成。另外也有一些在此基础上的改性研究。我国公开专利CN100357213C和CN102276179A中分别描述了采用对氨基苯磺酸钠进行改性的方法，CN1821150A采用了自制聚羧酸改性剂进行改性，CN101234865A和CN101186459中分别介绍了用纸浆黑稀液和工业副产品进行改性等。脂肪族高效减水剂的反应机理复杂，很多单体和工艺配方都能进行脂肪族高效减水剂的合成，相应产品的性能差异也很大，虽然对于其改性已有较多研究，但引入新单体，对脂肪族高效减水剂的性能进行改性尚有较大空间
发明内容
本发明的目的是提供一种改性脂肪族高效减水剂的制备方法，该方法通过引入新的单体丙烯酰胺，增大了脂肪族高效减水剂的减水率、减小了混凝土的坍落度损失，并使其水泥适应性更好。本发明的改性脂肪族高效减水剂的制备方法为:使用丙酮、甲醛作为缩合单体，用亚硫酸钠作为磺化剂，丙烯酰胺作为改性单体，在引发剂作用下合成改性脂肪族减水剂，包括以下步骤:(I)改性剂的制备:
反应釜中投入丙烯酰胺、亚硫酸钠和水，升温至50°c左右溶解；缓慢滴加甲醛，I小时左右滴完，滴加过程中控制温度在70±3°C;滴完后继续保温3小时左右；然后冷却出料，得到浅黄色透明液体，即磺甲基化丙烯酰胺改性剂。( 2)改性脂肪族减水剂的制备:
反应釜内加水及亚硫酸钠，搅拌溶解；接着滴加丙酮，半小时左右滴完；加入预先配好的引发剂溶液；滴加约占总量1/3的甲醛，控制滴加速度维持釜内温度不超过55°C，2飞小时滴完；接着快速滴加剩余的甲醛，同时滴加改性剂，I小时左右滴完，并控制温度为900C 95°C，滴完后保温2小时左右；最后加水并冷却至40°C以下出料，得到棕红色液体改性脂肪族闻效减水剂。本发明涉及一种改性脂肪族高效减水剂的制备方法，按重量份数计，包括下述成分:
甲醛:200 360 ；
丙酮:55 70 ；
亚硫酸钠: 85 265 ；
丙烯酰胺:14 45 ；
引发剂:广12;
水:400 600。
各组分较佳的重量比为:
甲醛:240 320 ；
丙酮:55 62 ；
亚硫酸钠:120 215 ；
丙烯酰胺: 18 30 ；
引发剂:2.5、；
水:450 550。所述的引发剂采用过硫酸盐，包括过硫酸钾、过硫酸钠和过硫酸铵中的任意一种，用量为反应单体总质量的0.Γ2.0%。所制备的改性脂肪族高效减水剂的浓度为3(Γ40%。本发明所提供的方法与以往的技术相比具有如下优点:
(1)通过改性单体丙烯酰胺的引入，增大了脂肪族高效减水剂的减水率、减小了混凝土的坍落度损失，并使其水泥适应性更好；
(2)本发明方法制备过程中无三废(废水、废气、废渣)排放，对环境无污染，产品本身无味，使用环境好；
(3)本发明方法制备的改性脂肪族高效减水剂原料广泛，成本低，适应于建筑、水电、交通等行业的建筑工程，具有良好的应用前景。
具体实施例方式以下用具体实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。
合成实施例1。(I)改性剂的制备:反应釜中投入丙烯酰胺21公斤、亚硫酸钠45公斤和水100公斤，升温至50°C溶解；缓慢滴加甲醛44公斤，I小时滴完，滴加过程中控制温度在70±3°C ；滴完后继续保温3小时；然后冷却出料，得到浅黄色透明液体，即磺甲基化丙烯酰胺改性剂。(2)改性脂肪族减水剂的制备:反应釜内加水150公斤及亚硫酸钠100公斤，搅拌溶解；接着滴加丙酮58公斤，半小时滴完；过硫酸钠3公斤加水50公斤配成引发剂溶液后加入反应釜；慢速滴加甲醛65公斤，控制滴加速度维持釜内温度不超过55°C，2飞小时滴完；继续滴加甲醛150公斤，同时滴加第一步所制备的改性剂，I小时滴完，并控制温度为900C 95°C，滴完后保温2小时；最后加水214公斤并冷却至40°C以下出料，得到棕红色液体改性脂肪族高效减水剂。合成实施例2。(I)改性剂的制备:反应釜中投入丙烯酰胺24公斤、亚硫酸钠50公斤和水100公斤，升温至50°C溶解；缓慢滴加甲醛52公斤，I小时滴完，滴加过程中控制温度在70±3°C ；滴完后继续保温3小时；然后冷却出料，得到浅黄色透明液体，即磺甲基化丙烯酰胺改性剂。(2)改性脂肪族减水剂的制备:反应釜内加水150公斤及亚硫酸钠130公斤，搅拌溶解；接着滴加丙酮55公斤，半小时滴完；过硫酸钾5公斤加水50公斤配成引发剂溶液加入反应釜；慢速滴加甲醛65公斤，控制滴加速度维持釜内温度不超过55°C，2飞小时滴完；继续滴加甲醛153公斤，同时滴加第一步所制备的改性剂，I小时滴完，并控制温度为900C 95°C，滴完后保温2小时；最后加水166公斤并冷却至40°C以下出料，得到棕红色液体改性脂肪族高效减水剂。合成实施例3。(I)改性剂的制备:反应釜中投入丙烯酰胺20公斤、亚硫酸钠48公斤和水100公斤，升温至50°C溶解；缓慢滴加甲醛39公斤，I小时滴完，滴加过程中控制温度在70±3°C ；滴完后继续保温3小时；然后冷却出料，得到浅黄色透明液体，即磺甲基化丙烯酰胺改性剂。(2)改性脂肪族减水剂的制备:反应釜内加水150公斤及亚硫酸钠137公斤，搅拌溶解；接着滴加丙酮60公斤，半小时滴完；过硫酸铵3公斤加水50公斤配成引发剂溶液加入反应釜；慢速滴加甲醛66公斤，控制滴加速度维持釜内温度不超过55°C，2飞小时滴完；继续滴加甲醛140公斤，同时滴加第一步所制备的改性剂，I小时滴完，并控制温度为900C 95°C，滴完后保温2小时；最后加水187公斤并冷却至40°C以下出料，得到棕红色液体改性脂肪族高效减水剂。合成实施例4。(I)改性剂的制备:反应釜中投入丙烯酰胺18公斤、亚硫酸钠35公斤和水100公斤，升温至50°C溶解；缓慢滴加甲醛46公斤，I小时滴完，滴加过程中控制温度在70±3°C ；滴完后继续保温3小时；然后冷却出料，得到浅黄色透明液体，即磺甲基化丙烯酰胺改性剂。
(2)改性脂肪族减水剂的制备:反应釜内加水150公斤及亚硫酸钠95公斤，搅拌溶解；接着滴加丙酮55公斤，半小时滴完；过硫酸钠4公斤加水50公斤配成引发剂溶液加入反应釜；慢速滴加甲醛64公斤，控制滴加速度维持釜内温度不超过55°C，2飞小时滴完；继续滴加甲醛185公斤，同时滴加第一步所制备的改性剂，I小时滴完，并控制温度为900C 95°C，滴完后保温2小时；最后加水198公斤并冷却至40°C以下出料，得到棕红色液体脂肪族闻效减水剂。应用实施例1。参照国家标准GB 8076-2008《混凝土外加剂》中高效减水剂的相关规定，评价掺本发明改性脂肪族高效减水剂的混凝土的减水率、凝结时间及不同龄期强度。试验采用中国水泥厂生产海螺P.042.5水泥；细度模数为2.7的中砂；南京产玄武岩碎石，5 20_连续级配；混凝土配合比为C: S: G=330: 700: 1140，调整用水量使新拌混凝土初始坍落度为80mm± 10mm，减水剂的掺量为水泥重量的0.4%浙固)。试验结果见表I。表I本发明与其它高效减水剂的混凝土性能对比
权利要求
1.一种改性脂肪族高效减水剂，其特征在于，按重量份数计，包括下述成分原料组分: 甲醛:200 360 ； 丙酮:55 70 ； 亚硫酸钠: 85 265 ； 丙烯酰胺:14 45 ； 引发剂:广12; 水:400 600。
2.根据权利要求1所述的改性脂肪族高效减水剂的制备方法，其特征在于，原料组分按照下述重量份制备而成: 甲醛:240 320 ； 丙酮:55 62 ； 亚硫酸钠:120 215 ； 丙烯酰胺: 18 30 ； 引发剂:2.5、； 水:450 550。
3.根据权利要求1所述的改性脂肪族高效减水剂的制备方法，其特征在于:所述的引发剂采用过硫酸盐，包括过硫酸钾、过硫酸钠和过硫酸铵中的任意一种。
4.一种权利要求1-3之一所述改性脂肪族高效减水剂的制备方法，其特征在于:使用丙酮、甲醛作为缩合单体，用亚硫酸钠作为磺化剂，丙烯酰胺作为改性单体，在引发剂作用下合成改性脂肪族减水剂，包括以下步骤: (1)改性剂的制备: 反应釜中投入丙烯酰胺、亚硫酸钠和水，升温至50°C溶解；缓慢滴加甲醛，I小时滴完，滴加过程中控制温度在70±3°C ;滴完后继续保温3小时；然后冷却出料，得到浅黄色透明液体，即磺甲基化丙烯酰胺改性剂； (2)改性脂肪族减水剂的制备: 反应釜内加水及亚硫酸钠，搅拌溶解；接着滴加丙酮，半小时滴完；加入预先配好的引发剂溶液；慢速滴加约占总量1/3的甲醛，控制滴加速度维持釜内温度不超过55°C，2飞小时滴完；接着快速滴加剩余的甲醛，同时滴加改性剂，I小时滴完，并控制温度为900C 95°C，滴完后保温2小时；最后加水并冷却至40°C以下出料，得到棕红色液体改性脂肪族闻效减水剂。
5.根据权利要求4所述的改性脂肪族高效减水剂的制备方法，其特征在于:所述兎发逝用量为反应单体总质量的0.Γ2.0%。
6.根据权利要求4所述的改性脂肪族高效减水剂的制备方法，其特征在于:所述改性脂肪族高效减水剂制备 过程中慢速滴加甲醛的时间为2飞小时，具体时间根据环境温度调整，以便反应釜温度能更好的控制在55°C以下。
7.根据权利要求4所述的改性脂肪族高效减水剂的制备方法，其特征在于:所制备的改性脂肪族高效减水剂的浓度为3(Γ40%。
全文摘要
本发明涉及一种改性脂肪族高效减水剂及其制备方法，所制备的脂肪族高效减水剂具有更高的减水率、更小的混凝土坍落度损失，水泥适应性也更好。该改性脂肪族高效减水剂的制备方法包括(1)改性剂的制备丙烯酰胺、亚硫酸钠和水升温溶解，1小时内缓慢滴加甲醛；滴完保温3小时后冷却出料，得到磺甲基化丙烯酰胺改性剂。(2)改性脂肪族高效减水剂的制备亚硫酸钠加水搅拌溶解；半小时内滴加丙酮；加入预先配好的引发剂溶液；慢速滴加约占总量1/3的甲醛；接着快滴剩余的甲醛，同时滴加改性剂，1小时滴完，继续保温2小时；最后加水冷却出料得到棕红色液体改性脂肪族高效减水剂。
文档编号C04B24/16GK103113036SQ20131007642
公开日2013年5月22日 申请日期2013年3月12日 优先权日2013年3月12日
发明者陈国新, 祝烨然, 黄国泓, 王冬, 沈燕平, 徐唯唯, 杨日, 付丹华, 王毅, 杜志芹, 刘兴荣, 蔡明 申请人:南京瑞迪高新技术有限公司