脂肪族高效减水剂的合成工艺

0  前言

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

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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