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脂肪族高效减水剂合成制作工艺
发布时间:2016-5-30 23:35:12                  点击次数:521
脂肪族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,使用的脂肪族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。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。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:(1)减水率高。(2)含气量低,有利于制备高强、高性能混凝土。(3)Na2S04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。今天其性价比要高于萘系减水剂。

脂肪族脂肪族高效减水剂反应机理比较复杂。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。

1  实验

1.1  主要原料

丙酮(工业级)、甲醛(工业级)、焦亚硫酸钠和亚硫酸钠(工业级)。

1.2  合成实验

(1)将一部分甲醛、丙酮和Na2S:O,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人称量好的自来水和Na2SOs以及另一部分甲醛。开动搅拌器用水浴升温至55℃,在55-65℃条件下用滴液漏斗缓慢滴加上述的混合液,滴加时间3-4h。

(3)滴加完毕后,升温至90-95~C,保温2-3h,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脂肪族高效减水剂。此外,为了与其它减水剂比较,选用了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5-20mm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。

注:减水剂掺量为水泥量的0.5%,W/C为0.29。

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)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。

2.2  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。

2.4  Na2S03与Na2S20,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10.5~12为好。所以用Na2SO3和Na2S2O5配合使用来调整pH值。分别在不同Na2SO3与Na2S2O5的摩尔比下合成脂肪族减水剂,其分散性见表4。

由表4可以看出,Na2SO4与Na2S2O5的摩尔比在7时产品的分散性最好。

Na2SO4与Na2S2O5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。

注:配合比为C:S:C:1:2.17:3.43

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脂肪族高效减水剂的最佳配合比是甲醛:丙酮:磺化剂二2.1:1:0.7,其中Na2SO4/Na2S2O5=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。
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