CN112159148B - 一种固态羧酸型减水剂的制备及其应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种固态羧酸型减水剂的制备及其应用方法，包括以下步骤：S1、浓缩干燥：取羧酸型减水剂母液，在30‑40℃、0.5‑1MPa条件下过2‑10nm的超滤膜，取截留浓缩液，将浓缩液在30‑35℃条件下通过风干机干燥至含水量≤3%；S2、制粒：将步骤S1得到的产物搅拌均匀后，经制粒机，制成100‑140目颗粒；S3、制丸：将步骤S2得到的颗粒投入球形抛丸机中，制成丸芯；S4、包膜：将丸芯投入包膜机中，喷入无机物包膜材料液，干燥后，即得固态羧酸型减水剂成品。本发明通过对固态羧酸型减水剂进行包膜处理，避免了减水剂与外界的接触，使得固态羧酸型减水剂不易受潮发粘，分散性好，降低运输成本。
Description
技术领域
本发明属于混凝土外加剂技术领域，更具体地，涉及一种固态羧酸型减水剂的制备及其应用方法。
背景技术
减水剂是一种在维持混凝土坍落度不变的条件下，能减少拌合用水量的混凝土外加剂。大多属于阴离子表面活性剂，按组成材料分为：木质素磺酸盐类、多环芳香族盐类、水溶性树脂磺酸盐类。减水剂加入混凝土拌合物后对水泥颗粒有分散作用，能改善其工作性，减少单位用水量，改善混凝土拌合物的流动性；或减少单位水泥用量，节约水泥。
目前市场上常用的几种减水剂为：木质素磺酸钠盐减水剂、萘系高效减水剂、脂肪族高效减水剂、氨基高高效减水剂、聚羧酸高效减水剂等。其中聚羧酸型减水剂属于新一代高性能减水剂，是目前世界前沿、科技含量高、应用前景好、综合性能较优的一种混凝土减水剂。现在市场上的聚羧酸型减水剂大部分采用液体的形式使用，其包装成本和运输成本很高，因此使用固态聚羧酸型减水剂是降低运输成本的有效方法。
现有的粉剂聚羧酸型减水剂常用的制备工艺是喷雾干燥，但由于聚羧酸型减水剂与水具有非常好的亲和性，其分子中接枝的聚氧乙烯侧链在水溶液中与水分子形成氢键，具有很好的保水性，而固体聚羧酸型减水剂大约在45℃左右发生融化现象，容易受潮和发粘，分散性差，影响运输，因此在喷雾干燥中必须加入抗结剂，但是加入抗结剂影响了产品的溶解性，不利于远距离运输后再次成液。
综上所述，如何设计一种固态羧酸型减水剂，不易发粘，分散性好，降低运输成本，且再次成液后溶解性好，是目前急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于为了解决上述技术问题，而提供一种固态羧酸型减水剂的制备及其应用方法，不易发粘，分散性好，降低运输成本，且再次成液后溶解性好。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的，一种固态羧酸型减水剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、浓缩干燥：取羧酸型减水剂母液，在30-40℃、0.5-1MPa条件下过2-10nm的超滤膜，取截留浓缩液，将浓缩液在30-35℃条件下通过风干机干燥至含水量≤3%；
S2、制粒：将步骤S1得到的产物搅拌均匀后，经制粒机，制成100-140目颗粒；
S3、制丸：将步骤S2得到的颗粒投入球形抛丸机中，制成丸芯；
S4、包膜：将丸芯投入包膜机中，喷入无机物包膜材料液，干燥后，即得固态羧酸型减水剂成品。
进一步地，所述丸芯与无机物包膜材料的质量比为1：（0.05-0.1）。
进一步地，所述无机物包膜材料包括氧化铜-磷酸胶15-30%以及改性微孔陶瓷70-85%。
进一步地，所述改性微孔陶瓷的制备方法为：取微孔陶瓷，在100-120℃、400-500r/min的条件下经过粉碎机，干燥后过200-400目筛，然后将得到的微孔陶瓷粉经旋风处理器除杂后，与0.1-0.3倍量的淀粉一起导入高剪切分散机中，在60-80℃和9000-10000r/min转速的条件下分散0.5-1h，即得成品。
一种固态羧酸型减水剂的应用方法，包括以下步骤：
（1）将制备得到的固态羧酸型减水剂，在80-90℃加湿器中处理30-60min后，然后投入-（20～40）℃密闭容器内放置2-3h，接着投入-10～0℃、800-1000r/min的高速搅拌机中搅拌1-2h后，过120-170目筛，取筛出物；
（2）将步骤（1）得到的筛出物，在20-30℃、10000-15000r/min的条件下经过密闭式超微粉碎机，粉碎成0.1-0.3μm粉末；
（3）将步骤（2）得到的粉末，按照0.08-0.15%的掺量加入到胶凝材料中，并与水拌和即可使用。
进一步地，所述步骤（1）中的高速搅拌机填充有直径为0.15-1mm的钢球。
本发明的有益效果在于：
（1）本发明通过对固态羧酸型减水剂进行包膜处理，避免了减水剂与外界的接触，使得固态羧酸型减水剂不易受潮发粘，分散性好，降低运输成本；
（2）本发明的包膜材料采用氧化铜-磷酸胶作为粘结剂，脆性较大，粘结强度小，易破碎，改性微孔陶瓷含有多孔结构，且导入淀粉后，吸水易膨胀，因此由无机物包膜材料制得的包膜脆性大且内部多孔，易吸水崩解，因此在产品使用前先进行加湿处理后再急剧降温，包膜内的淀粉由于吸水后膨胀，再加上包膜内的水低温结冰，导致包膜整体膨胀，而粘结剂氧化铜-磷酸胶脆性大，因此包膜最终崩解成碎片，再过筛即可除去包膜，从而使用包膜内的减水剂；
（3）本发明制得的固态羧酸型减水剂，在应用时可以除去包膜，使得固态羧酸型减水剂再次成液时不受包膜材料的影响，溶解性良好。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供了一种固态羧酸型减水剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、浓缩干燥：取羧酸型减水剂母液，在30℃、0.5MPa条件下过2nm的超滤膜，取截留浓缩液，将浓缩液在30℃条件下通过风干机干燥至含水量≤3%；
S2、制粒：将步骤S1得到的产物搅拌均匀后，经制粒机，制成100目颗粒；
S3、制丸：将步骤S2得到的颗粒投入球形抛丸机中，制成丸芯；
S4、包膜：将丸芯投入包膜机中，喷入无机物包膜材料液，干燥后，即得固态羧酸型减水剂成品。
所述丸芯与无机物包膜材料的质量比为1：0.05。
所述无机物包膜材料包括氧化铜-磷酸胶15%以及改性微孔陶瓷85%。
所述改性微孔陶瓷的制备方法为：取微孔陶瓷，在100℃、400r/min的条件下经过粉碎机，干燥后过200目筛，然后将得到的微孔陶瓷粉经旋风处理器除杂后，与0.1倍量的淀粉一起导入高剪切分散机中，在60℃和9000r/min转速的条件下分散0.5h，即得成品。
本实施例还提供了一种固态羧酸型减水剂的应用方法，包括以下步骤：
（1）将制备得到的固态羧酸型减水剂，在80℃加湿器中处理30min后，然后投入-20℃密闭容器内放置2h，接着投入-10℃、800r/min的高速搅拌机中搅拌1h后，过120目筛，取筛出物；
（2）将步骤（1）得到的筛出物，在20℃、10000r/min的条件下经过密闭式超微粉碎机，粉碎成0.1μm粉末；
（3）将步骤（2）得到的粉末，按照0.08%的掺量加入到胶凝材料中，并与水拌和即可使用。
步骤（1）中的高速搅拌机填充有直径为0.15的钢球。
实施例2
本实施例提供了一种固态羧酸型减水剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、浓缩干燥：取羧酸型减水剂母液，在35℃、0.7MPa条件下过6nm的超滤膜，取截留浓缩液，将浓缩液在32℃条件下通过风干机干燥至含水量≤3%；
S2、制粒：将步骤S1得到的产物搅拌均匀后，经制粒机，制成120目颗粒；
S3、制丸：将步骤S2得到的颗粒投入球形抛丸机中，制成丸芯；
S4、包膜：将丸芯投入包膜机中，喷入无机物包膜材料液，干燥后，即得固态羧酸型减水剂成品。
所述丸芯与无机物包膜材料的质量比为1：0.07。
所述无机物包膜材料包括氧化铜-磷酸胶22%以及改性微孔陶瓷78%。
所述改性微孔陶瓷的制备方法为：取微孔陶瓷，在110℃、450r/min的条件下经过粉碎机，干燥后过300目筛，然后将得到的微孔陶瓷粉经旋风处理器除杂后，与0.2倍量的淀粉一起导入高剪切分散机中，在70℃和9500r/min转速的条件下分散0.7h，即得成品。
本实施例还提供了一种固态羧酸型减水剂的应用方法，包括以下步骤：
（1）将制备得到的固态羧酸型减水剂，在85℃加湿器中处理45min后，然后投入-30℃密闭容器内放置2.5h，接着投入-5℃、900r/min的高速搅拌机中搅拌1.5h后，过140目筛，取筛出物；
（2）将步骤（1）得到的筛出物，在25℃、12000r/min的条件下经过密闭式超微粉碎机，粉碎成0.2μm粉末；
（3）将步骤（2）得到的粉末，按照0.12%的掺量加入到胶凝材料中，并与水拌和即可使用。
步骤（1）中的高速搅拌机填充有直径为0.5mm的钢球。
实施例3
本实施例提供了一种固态羧酸型减水剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、浓缩干燥：取羧酸型减水剂母液，在40℃、1MPa条件下过10nm的超滤膜，取截留浓缩液，将浓缩液在35℃条件下通过风干机干燥至含水量≤3%；
S2、制粒：将步骤S1得到的产物搅拌均匀后，经制粒机，制成140目颗粒；
S3、制丸：将步骤S2得到的颗粒投入球形抛丸机中，制成丸芯；
S4、包膜：将丸芯投入包膜机中，喷入无机物包膜材料液，干燥后，即得固态羧酸型减水剂成品。
所述丸芯与无机物包膜材料的质量比为1：0.1。
所述无机物包膜材料包括氧化铜-磷酸胶30%以及改性微孔陶瓷70%。
所述改性微孔陶瓷的制备方法为：取微孔陶瓷，在120℃、500r/min的条件下经过粉碎机，干燥后过400目筛，然后将得到的微孔陶瓷粉经旋风处理器除杂后，与0.3倍量的淀粉一起导入高剪切分散机中，在80℃和10000r/min转速的条件下分散1h，即得成品。
本实施例还提供了一种固态羧酸型减水剂的应用方法，包括以下步骤：
（1）将制备得到的固态羧酸型减水剂，在90℃加湿器中处理60min后，然后投入-40℃密闭容器内放置3h，接着投入0℃、1000r/min的高速搅拌机中搅拌2h后，过170目筛，取筛出物；
（2）将步骤（1）得到的筛出物，在30℃、15000r/min的条件下经过密闭式超微粉碎机，粉碎成0.3μm粉末；
（3）将步骤（2）得到的粉末，按照0.15%的掺量加入到胶凝材料中，并与水拌和即可使用。
所述步骤（1）中的高速搅拌机填充有直径为1mm的钢球。
对比例1
本对比例提供了一种固态羧酸型减水剂的制备方法，与实施例1的不同之处在于，包括以下步骤：浓缩干燥：取羧酸型减水剂母液，在30℃、0.5MPa条件下过2nm的超滤膜，取截留浓缩液，将浓缩液在30℃条件下通过风干机干燥至含水量≤3%，即得成品。
对比例2
本对比例提供了一种固态羧酸型减水剂的制备方法，与实施例2的不同之处在于，所述包膜材料为氧化铜-磷酸胶和水性聚氨酯。
对比例3
本对比例提供了一种固态羧酸型减水剂的制备方法，与实施例2的不同之处在于，所述包膜材料为氧化铜-磷酸胶和聚乙二醇。
对比例4
本对比例提供了一种固态羧酸型减水剂的应用方法，与实施例3的不同之处在于，将步骤（1）改为：将制备得到的固态羧酸型减水剂，投入-40℃密闭容器内放置3h，接着投入0℃、1000r/min的高速搅拌机中搅拌2h后，过170目筛，取筛出物。
对比例5
本对比例提供了一种固态羧酸型减水剂的应用方法，与实施例3的不同之处在于，将步骤（1）改为：将制备得到的固态羧酸型减水剂，在90℃加湿器中处理60min后，投入0℃、1000r/min的高速搅拌机中搅拌2h后，过170目筛，取筛出物。
对比例6
本对比例提供了一种固态羧酸型减水剂的应用方法，与实施例3的不同之处在于，包括以下步骤：
（1）将制备得到的固态羧酸型减水剂，在30℃、15000r/min的条件下经过密闭式超微粉碎机，粉碎成0.3μm粉末；
（3）将步骤（2）得到的粉末，按照0.15%的掺量加入到胶凝材料中，并与水拌和即可使用。
对比例7
本对比例提供了一种固态羧酸型减水剂的制备方法，与实施例3的不同之处在于，所述无机物包膜材料包括氧化铜-磷酸胶30%以及微孔陶瓷70%。
所述微孔陶瓷的制备方法为：取微孔陶瓷，在120℃、500r/min的条件下经过粉碎机，干燥后过400目筛，然后将得到的微孔陶瓷粉经旋风处理器除杂后，导入高剪切分散机中，在80℃和10000r/min转速的条件下分散1h，即得成品。
对比例8
本对比例提供了一种固态羧酸型减水剂的制备方法，与实施例3的不同之处在于，所述无机物包膜材料包括氧化铜-磷酸胶10%以及改性微孔陶瓷90%。
对比例9
本对比例提供了一种固态羧酸型减水剂的制备方法，与实施例3的不同之处在于，所述无机物包膜材料包括氧化铜-磷酸胶40%以及改性微孔陶瓷60%。
对比例10
本对比例提供了一种固态羧酸型减水剂的制备方法，与实施例3的不同之处在于，改性微孔陶瓷由微孔陶瓷和0.05倍量的淀粉制备而成。
对比例11
本对比例提供了一种固态羧酸型减水剂的制备方法，与实施例3的不同之处在于，改性微孔陶瓷由微孔陶瓷和0.4倍量的淀粉制备而成。
对比例12
本对比例提供了一种固态羧酸型减水剂的制备方法，与实施例3的不同之处在于，所述改性微孔陶瓷的制备方法为：取微孔陶瓷和0.3倍量的淀粉，在120℃、500r/min的条件下经过粉碎机，干燥后过400目筛，然后将得到的产物经旋风处理器除杂后，导入高剪切分散机中，在80℃和10000r/min转速的条件下分散1h，即得成品。
一、固态羧酸型减水剂的性状分析
分别称取10Kg实施例1-3和对比例1-3中制得的减水剂、以及市售的粉剂羧酸型减水剂，置于室温下相同规格的容器中，观察产品的性状随放置时间变化情况，其结果如表1所示：
由表1结果可知，本发明制备的固态羧酸型减水剂，不易受潮发粘，分散性好，为物料的运输和存储提供了好的基础。
二、减水剂的性能检测结果
按照0.1-0.25%（混凝土用量占比）的减水剂掺量，将实施例1-3和对比例1-6中制得的减水剂、以及市售的粉剂羧酸型减水剂，按照对应的应用方法加入到基准混凝土中，分别进行性能检测，检测标准为GB 8076-2008《混凝土外加剂》，其结果如表2所示：
由表2结果可知，本发明制备的固态羧酸型减水剂，与羧酸型减水剂母液的性能检测数据相当，说明按照本发明的加工方法得到的固态羧酸型减水剂与液体相当。且按照本发明提供的固态羧酸型减水剂的应用方法，可以保持产品优良的减水性能。
三、固态羧酸型减水剂的溶解性分析
取实施例1-3和对比例1-3中制得的减水剂50g，按照本发明提供的应用方法除去包膜后，常温下溶于500mL蒸馏水中，搅拌10min后观察产品的溶解情况；另外取50g市售的粉剂羧酸型减水剂，常温下溶于500mL蒸馏水中，搅拌10min后观察产品的溶解情况，其结果如下表3所示：
由表3结果可知，与市售的粉剂羧酸型减水剂相比，本发明制备的固态羧酸型减水剂，再次成液后的溶解性良好，不影响其使用。
四、固态羧酸型减水剂的在公路用压浆剂中的应用
在相同配方中，分别取实施例1-3和对比例1-3、7-12中制得的固态羧酸型减水剂、以及市售的粉剂羧酸型减水剂配制公路用压浆剂，试验结果如下：
由表4结果可知，本发明制备的固态羧酸型减水剂，在公路用压浆剂中应用效果良好，没有明显的缓凝作用。
本发明的有益效果在于：本发明通过对固态羧酸型减水剂进行包膜处理，避免了减水剂与外界的接触，使得固态羧酸型减水剂不易受潮发粘，分散性好，降低运输成本。
最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种固态羧酸型减水剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、浓缩干燥：取羧酸型减水剂母液，在30-40℃、0.5-1MPa条件下过2-10nm的超滤膜，取截留浓缩液，将浓缩液在30-35℃条件下通过风干机干燥至含水量≤3%；
S2、制粒：将步骤S1得到的产物搅拌均匀后，经制粒机，制成100-140目颗粒；
S3、制丸：将步骤S2得到的颗粒投入球形抛丸机中，制成丸芯；
S4、包膜：将丸芯投入包膜机中，喷入无机物包膜材料液，干燥后，即得固态羧酸型减水剂成品；
所述丸芯与无机物包膜材料的质量比为1：（0.05-0.1）；
所述无机物包膜材料包括氧化铜-磷酸胶15-30%以及改性微孔陶瓷70-85%。
2.根据权利要求1所述的固态羧酸型减水剂的制备方法，其特征在于：所述改性微孔陶瓷的制备方法为：取微孔陶瓷，在100-120℃、400-500r/min的条件下经过粉碎机，干燥后过200-400目筛，然后将得到的微孔陶瓷粉经旋风处理器除杂后，与0.1-0.3倍量的淀粉一起导入高剪切分散机中，在60-80℃和9000-10000r/min转速的条件下分散0.5-1h，即得成品。
3.一种根据权利要求1所述的固态羧酸型减水剂的应用方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将制备得到的固态羧酸型减水剂，在80-90℃加湿器中处理30-60min后，然后投入-（20～40）℃密闭容器内放置2-3h，接着投入-10～0℃、800-1000r/min的高速搅拌机中搅拌1-2h后，过120-170目筛，取筛出物；
（2）将步骤（1）得到的筛出物，在20-30℃、10000-15000r/min的条件下经过密闭式超微粉碎机，粉碎成0.1-0.3μm粉末；
（3）将步骤（2）得到的粉末，按照0.08-0.15%的掺量加入到胶凝材料中，并与水拌和即可使用。
4.根据权利要求3所述的固态羧酸型减水剂的应用方法，其特征在于：所述步骤（1）中的高速搅拌机填充有直径为0.15-1mm的钢球。
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