脂肪族减水剂的合成工艺.doc

脂肪族高效减水剂的合成工艺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：(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11 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)。12 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90-95C，保温2-3h，得到含固量为35的产品。13 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，选用了常用的磺化三聚氰胺减水剂SM及萘系减水剂；水泥采用525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GB8077-2000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21 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。表1 加料方式对分散性的影响流动度mm滴加方式A A+05B 05A+B B 170 230 260 220注：减水剂掺量为水泥量的05,WC为029。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。22 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。表2 醛酮摩尔比对分散性的影响流动度mm醛酮摩尔比16 19 21 24 27200 235 260 240 200 由表2可以看出，醛酮摩尔比为21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。23 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。表3 磺化剂同丙酮的摩尔比对分散性的影响流动度mm磺化剂与丙酮的摩尔比05 06 07 08220 245 260 210由表3可知，磺化剂与丙酮的摩尔比在07时产品的分散性最好。24 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10512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。表4 Na2SO4与Na2S2O5的摩尔比对分散性的影响流动度mmNa2SO4与Na2S2O5的摩尔比1 3 5 7 9190 220 245 260 240 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。25 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。表5 反应物浓度对分散性能的影响流动度mm反应物浓度20 25 30 35 40200 220 245 260 245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。表6 不同品种减水剂对混凝土性能的影响减水剂品种掺量WC减水率抗压强度MPa3d7d28d 0 0715 0 129 208 316 脂肪酸 05 0556 208 191 347 473 萘系 05 0579 190 179 331 436 SM 05 0574 196 185 338 449注：配合比为C：S：C：1：217：343 表6的数据表明：(1)脂肪族减水剂用量05时，减水率可以达到208，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