CN103496871A - 一种环境友好的低成本氨基磺酸盐高效减水剂制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种环境友好的低成本氨基磺酸盐高效减水剂制备方法，将多酚、氨基磺酸钠和水按质量比例混合均匀，搅拌，然后升温到70-80°C，调节pH值到10-11；滴加甲醛溶液，加完后，升温到90°C，反应4个小时，加入分子量调节剂，除去低分子量化合物，停止反应并且冷却，产物熟化5-6小时，得到固含量约为40%的深黑色的环境友好的低成本氨基磺酸盐高效减水剂。与传统的氨基磺酸盐高效减水剂制备方法相比,本方法克服了原有氨基磺酸盐高效减水剂生产过程中有毒苯酚物质易挥发的问题，并且使用低成本氨基磺酸钠代替对氨基苯磺酸钠,改善了生产环境，减少了氨基磺酸盐高效减水剂生产过程对人身和环境的影响，降低了生产成本。

Description

一种环境友好的低成本氨基磺酸盐高效减水剂制备方法
技术领域
    本发明属于混凝土材料领域，具体涉及一种环境友好的低成本氨基磺酸盐高效减水剂制备方法。
背景技术
传统混凝土材料是由水泥、骨料和水组成，随着土木工程技术进步，高性能混凝土已成为土木工程材料的重要组成部分，广泛应用在大型建筑、桥梁和海工结构物建造中。制备高性能混凝土关键是高效减水剂使用，高效减水剂使用在混凝土,能增加混凝土流动性和减少混凝土材料中用水量20-30%，高效减水剂的应用使得制备高耐久性能的混凝土材料成为可能，高效减水剂已成为高性能混凝土的一个重要组成部分。
目前国内外使用的高效减水剂主要有木质素磺酸盐高效减水剂、萘磺酸盐高效减水剂、脂肪族系高效减水剂、聚羧酸系高效减水剂等几类。萘磺酸盐高效减水剂因其生产成本较低，并且能减少混凝土用水量15-20 %, 是目前市场上使用最广泛的高效减水剂。但近年来由于有限工业萘已经不能满足现在市场需求，价格浮动较大，萘系减水剂的价格优势正在逐步减小，且掺加萘系高效减水剂的混凝土塌落度损失大，所以萘系减水剂并不合适制备高性能混凝土。研究具有更好减水能力、保塌能力的新型高效减水剂已成为混凝土外加剂发展方向。
本世纪初，一种新型氨基磺酸盐被使用在混凝土作为高效减水剂，研究表明氨基磺酸盐高效减水剂制备方法十分简单，并且此类高效减水剂对水泥颗粒具有更好分散性，在很低的掺量下(0.4 %)减水率可以高达30-40 %, 掺加氨基磺酸盐高效减水剂的混凝土还具有经时损失小的特点，氨基磺酸盐高效减水剂已经被广泛使用在高强、高性混凝土和自密实混凝土中。一般来说，氨基磺酸盐高效减水剂是由对氨基苯磺酸钠，苯酚和甲醛缩合而成，苯酚作为制备氨基磺酸系高效减水剂的一种重要原料，在生产过程中需对晶体状的苯酚进行液化处理，在此过程中有毒、刺激性的苯酚蒸汽易从反应釜中蒸发出来，给环境造成较大的污染，更为严重的是，这些有毒苯酚物质会通过人体的呼吸道和皮肤被人体吸收，残余苯酚物质进入人体后，会对人的神经***和人的染色体的变异产生影响，同时使用对氨基苯磺酸钠作为磺化剂会造成氨基磺酸系高效减水剂价格较高。为了减少氨基磺酸系高效减水剂生产中苯酚对人体伤害和降低氨基磺酸盐高效减水剂的生产成本，开发出了一种环境友好的低成本氨基磺酸盐高效减水剂。
发明内容
本发明的目的在于对传统的氨基磺酸盐高效减水剂生产方法进行改进与完善，提供一种环境友好的低成本氨基磺酸盐高效减水剂的制备方法。
为了实现上述目的，本发明使用粉状多酚类物质取代苯酚，使用价格便宜的氨基磺酸钠代替对氨基苯磺酸钠作为原材料，具体步骤如下：
1）将多酚、氨基磺酸钠和水按质量比1:0.81~0.86:1.72~1.79混匀，搅拌，使多酚和氨基磺酸钠完全溶解于水中，成为均一的溶液；
2）将步骤1）的溶液升温到70-80°C，加入碱性物质调节pH值到10-11，保证溶液中无不溶物产生；
3）向步骤2）的溶液中滴加甲醛溶液，滴加的同时搅拌，并维持溶液温度在80℃，甲醛溶液的添加量为m(甲醛溶液)：m(多酚)=1~1.2:1，滴加速度为2~6Kg/min；控制甲醛溶液的滴加速度，避免因甲醛溶液的滴加速度过快而导致凝胶；，
4) 加完甲醛溶液后，将溶液温度升高到90°C，在此温度下进一步反应4个小时，加入分子量调节剂，除去低分子量化合物，反应至终点，停止反应，自然冷却到环境温度，产物在反应容器中熟化5-6小时，得到固含量约为40 %的深黑色的环境友好的低成本氨基磺酸盐高效减水剂。
对生产出的环境友好的低成本氨基磺酸盐高效减水剂进行外观、固含量、pH值、碱含量、Na2SO4、Cl-含量等减水剂匀质性分析。在此基础按GB 8076-1997规范检测不同掺量下环境友好的低成本氨基磺酸盐高效减水剂的减水率。
步骤2）中所述碱性物质为质量浓度20%的氢氧化钠溶液。
步骤3）中所述甲醛溶液的质量浓度为37%。
步骤4）中所述分子量调节剂为尿素，加入量为0.05~0.5g/mL。
本发明所使用的多酚可以为茶多酚、苹果多酚、莓多酚等各种植物多酚，以及红酒多酚等。
有益效果
（1）与传统的氨基磺酸盐高效减水剂制备方法相比，环境友好的低成本氨基磺酸盐高效减水剂实现了氨基磺酸盐高效减水剂绿色生产，克服了原有氨基磺酸盐高效减水剂生产过程中有毒苯酚物质易挥发的问题，改善了生产环境，减少了氨基磺酸盐高效减水剂生产过程对人身和环境的影响。
（2）由于多酚类反应单体是粉状物，在生产准备阶段不需要进行加热液化，减少了传统制备方法中加热液化步骤，缩短了整个生产时间，减少了生产设备和工厂固定资产投资。使用本方法进行氨基磺酸盐高效减水剂生产，还可减少生产准备时间15-20分钟，每生产一吨产品可节约苯酚加热液化成本与人力成本100元，节约生产设备投资25万元。
（3）在生产过程中使用价格便宜的氨基磺酸钠代替对氨基苯磺酸钠作为原材料，每生产一吨环境友好的低成本氨基磺酸盐高效减水剂可节约材料费用250元。
以每年生产400吨此种高效减水剂计算，将产生近40万元的经济效益。
附图说明
图1.掺加环境友好的低成本氨基磺酸盐高效减水剂的混凝土的抗压强度。
具体实施方式
实施例1：
(1)    环境友好的低成本氨基磺酸盐高效减水剂的制备。
准确称取210-215 kg多酚和175-180 kg的氨基磺酸钠固体放入装有搅拌器、温度计、滴液漏斗和回流冷凝管的反应釜中, 然后加入370-375 kg的水。开动搅拌器，搅拌，使固体多酚和氨基磺酸钠完全溶解于水中，成为均一的溶液。将混合溶液缓慢升温到70-80°C，用20 %的氢氧化钠溶液将反应体系的pH值调节到10-11，保持溶液中无不溶物产生。保持反应溶液的温度在80°C，缓慢滴加235-240 kg的甲醛溶液（37 %浓度），控制甲醛溶液在1个小时内加完。然后升高溶液的温度到90°C反应4个小时。反应完后加入少量尿素去除溶液中残余的少量甲醛，然后将反应产物自然冷却到环境温度，产物在反应釜中熟化5-6小时。得到固含量约为40%的深黑色的环境友好的低成本氨基磺酸盐高效减水剂（ASBF）。
(2)    环境友好的低成本氨基磺酸盐高效减水剂的匀质性。
表1. 环境友好的低成本氨基磺酸盐高效减水剂匀质性
名称 外观 固含量 (%) pH值 碱含量 (%) Na2SO4 (%) Cl-含量(%)
ASBF 深黑色液体 30 11.4 4.76 0.68 0.01
 (3)    环境友好的低成本氨基磺酸盐高效减水剂在混凝土中减水率和增强效果。
试验中测定掺量从0-0.6 % 的低成本氨基磺酸盐高效减水剂(ASBF)的减水率，混凝土配合比如表2。水泥是江南-小野田PⅡ级52.5硅酸盐水泥，砂率36-40 %，碎石为二级配，5-20mm碎石占40 %，20-40mm碎石占60 %，控制混凝土坍落度在7-9cm，外加剂为液体，按水泥重量百分数计。
表2. ASBF高效减水剂减水率实验配合比
Figure 46383DEST_PATH_IMAGE002

Claims (3)

1.一种环境友好的低成本氨基磺酸盐高效减水剂制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1）将多酚、氨基磺酸钠和水按质量比1:0.81~0.86:1.72~1.79混匀，搅拌，使多酚和氨基磺酸钠完全溶解于水中，成为均一的溶液；
2）将步骤1）的溶液升温到70~80°C，加入碱性物质调节pH值到10-11；
3）向步骤2）的溶液中滴加甲醛溶液，滴加的同时搅拌，甲醛溶液的添加量为m(甲醛溶液)：m(多酚)=1~1.2:1，滴加速度为2~6Kg/min；
4) 加完甲醛溶液后，将溶液温度升高到90°C，反应4个小时，加入分子量调节剂，除去低分子量化合物，反应结束，自然冷却到环境温度，产物在反应容器中熟化5-6小时，得到固含量约为40 %的深黑色的环境友好的低成本氨基磺酸盐高效减水剂。
2.根据权利要求1所述的一种环境友好的低成本氨基磺酸盐高效减水剂制备方法，其特征在于：步骤2）中所述碱性物质为质量浓度20%的氢氧化钠溶液。
3.根据权利要求1所述的一种环境友好的低成本氨基磺酸盐高效减水剂制备方法，其特征在于：步骤3）中所述甲醛溶液的质量浓度为37%。
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