專利名稱：低成本改性氨基磺酸鹽高效減水劑及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種混凝土高效減水劑，也即一種氨基磺酸鹽高效減水劑。本發(fā)明還涉及該低成本改性氨基磺酸鹽高效減水劑的制備方法。
背景技術(shù)：
化學(xué)外加劑已成為混凝土的重要組分，其品種日益增多，性能不斷提高?；炷列录夹g(shù)，如高強(qiáng)高性能混凝土、泵送混凝土、商品混凝土、流態(tài)混凝土、自密實(shí)混凝土和水下不分散混凝土等的快速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，均依賴于外加劑技術(shù)的不斷提高。新品種高性能外加劑的開發(fā)，外加劑應(yīng)用技術(shù)的不斷完善與提高，是21世紀(jì)混凝土新技術(shù)向前發(fā)展的關(guān)鍵。
混凝土外加劑中最重要的、應(yīng)用最廣的是高效減水劑。目前，國內(nèi)外研究應(yīng)用最普遍主要有四種高效減水劑，即萘系高效減水(萘磺酸鹽甲醛縮合物)、蜜胺樹脂類高效減水劑(三聚氰胺磺酸鹽甲醛縮合物)、氨基磺酸鹽高效減水劑劑聚羧酸鹽類高效減水劑。其中，萘系高效減水劑價(jià)格適中，在我國應(yīng)用量最大，但是其綜合性能不及其它三種高效減水劑，特別是與水泥適應(yīng)性較差，單獨(dú)使用不能滿足工程需要；聚羧酸鹽類高效減水劑綜合性能最好，但是由于價(jià)格昂貴，目前在我國很難推廣應(yīng)用；蜜胺樹脂類高效減水劑綜合性能略優(yōu)于萘系高效減水劑，但價(jià)格高于萘系高效減水劑，目前應(yīng)用也很少；氨基磺酸鹽系高效減水劑，減水率高(僅次于聚羧酸鹽高效減水劑)，與水泥適應(yīng)性好，其是我國目前使用量僅次于萘系高效減水劑的一種重要的高性能減水劑。
日本古橋隆宏等介紹用氨基芳基磺酸和苯酚、甲醛縮合用作水泥減水劑，發(fā)現(xiàn)了它不但有較強(qiáng)的分散能力，同時(shí)在保持混凝土坍落度方面比傳統(tǒng)的減水劑強(qiáng)得多，從此對(duì)氨基磺酸鹽高效減水劑的研究迅速開展起來。
Furuhashi等介紹氨基芳基磺酸-苯酚-甲醛縮合物用作水泥分散劑，此種分散劑可以大大提高混凝土的坍落度，尤其適合泵送混凝土。Kawamura用雙酚類化合物和烷基氨基苯磺酸、甲醛的縮合物作為高效減水劑，這種高效減水劑用于砂漿時(shí)減水率可達(dá)35％以上，保持良好流動(dòng)性超過1h。
安部太郎等用對(duì)氨基苯磺酸、雙酚S、苯甲酸與甲醛的縮合物作為高效減水劑。Ishitoku用三苯酚、對(duì)氨基苯磺酸、甲醛的縮合物作為水泥分散劑。Tsuji用苯酚、氨基苯磺酸、三聚氰胺與甲醛的縮合物作為高效減水劑，可以提高混凝土流動(dòng)性。這些減水劑都屬于氨基磺酸鹽高效減水劑，均具有高減水率和高流動(dòng)性，并可控制混凝土坍落度損失。
20世紀(jì)90年代末，氨基磺酸鹽高效減水劑在我國開始研究，最早開展此項(xiàng)工作的是北京城建工程研究所和清華大學(xué)。清華大學(xué)的馮乃謙用對(duì)氨基苯磺酸、苯酚和甲醛反應(yīng)制得氨基環(huán)酸鹽高效減水劑；李強(qiáng)采用分子設(shè)計(jì)的合成方法制得氨基磺酸鹽高效減水劑；中國科學(xué)院化學(xué)所、華南理工大學(xué)、南京工業(yè)大學(xué)等單位均對(duì)此類高效減水劑進(jìn)行過研究。
目前氨基磺酸鹽高效減水劑的合成路線，概括起來大體如

圖1所示。
圖1所示工藝生產(chǎn)的氨基磺酸鹽高效減水劑，由于原料中苯酚、對(duì)氨基苯磺酸鈉價(jià)格高，導(dǎo)致最終產(chǎn)品成本高，難以廣泛推廣應(yīng)用；同時(shí)，該類高效減水劑在使用過程中對(duì)摻量比較敏感，且易離析泌水，從而嚴(yán)重影響施工質(zhì)量。
針對(duì)上述情況，本發(fā)明在氨基磺酸鹽高效減水劑合成過程中，加入一定量的萘磺酸鹽甲醛縮合物大分子，使其參與氨基磺酸鹽高效減水劑的分子構(gòu)成；同時(shí)，通過變濃合成工藝，使該類高效減水劑分子大小分布更趨合理。這樣，在保持該類高效減水劑分散性能不變，或有所增大的情況下，降低離析泌水現(xiàn)象，降低該類高效減水劑的成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種低成本改性氨基磺酸鹽高效減水劑，該氨基磺酸鹽高效減水劑的表達(dá)式為 R為-H、-CH2NHC6H4SO3、-CH2C6H4OH、C10H5SO3NaCH2x本發(fā)明要解決的另一個(gè)技術(shù)問題是提供一種低成本改性氨基磺酸鹽高效減水劑的制備方法，該氨基磺酸鹽高效減水劑在合成過程中，加入萘磺酸鹽甲醛縮合物大分子，使其參與氨基磺酸鹽高效減水劑的分子構(gòu)成；同時(shí)，通過變濃合成工藝，使該類高效減水劑分子大小分布更趨合理；這樣，在保持該類高效減水劑分散性能不變，或有所增大的情況下，降低離析泌水現(xiàn)象，降低該類高效減水劑的成本。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明解決技術(shù)問題的技術(shù)方案是本發(fā)明低成本改性氨基磺酸鹽高效減水劑的制備方法分為以下兩步第一步以水為溶劑，碳酸鈉作催化劑，加入苯酚及對(duì)氨基苯磺酸鈉，開始緩慢勻速滴加甲醛，甲醛溶液在2.0±0.5h內(nèi)滴加完，隨后在溶液固體百分含量35％～36％，溫度87±2℃的條件下進(jìn)行縮合，縮合反應(yīng)時(shí)間為3-4h，形成改性氨基磺酸鹽母液；上述反應(yīng)用Na2CO3調(diào)溶液pH值控制在9～10；苯酚與對(duì)氨基苯磺酸鈉的反應(yīng)物質(zhì)的摩爾比為1.18/1～1.21/1；甲醛與苯酚和對(duì)氨基苯磺酸鈉之和的反應(yīng)物質(zhì)摩爾比為1.28/1～1.31/1；第二步在第一步制得母液的基礎(chǔ)上，加入萘系高效減水劑、尿素和水，使反應(yīng)溶液固體百分含量降至31％～32％，繼續(xù)保持在87±2℃條件下進(jìn)行縮合，反應(yīng)時(shí)間為3h，反應(yīng)完畢，降溫冷卻、出料，得到濃度為31％～32％的低成本改性氨基磺酸鹽高效減水劑；上述反應(yīng)溶液pH控制在8～9；合成萘系高效減水劑(粉劑)加入量為苯酚與對(duì)氨基苯磺酸鈉質(zhì)量之和的15％～22％，尿素加入量為苯酚與對(duì)氨基苯磺酸鈉質(zhì)量之和的3％～7％。
本發(fā)明要解決的另一個(gè)技術(shù)問題是提供一種低成本改性氨基磺酸鹽高效減水劑的應(yīng)用，所述低成本改性氨基磺酸鹽高效減水劑，按固體量計(jì)，摻量為膠凝材料質(zhì)量的0.35％～0.6％時(shí)，相應(yīng)減水率為20％～35％。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明在合成反應(yīng)第二階段加入萘磺酸鹽甲醛縮合大分子溶液和尿素，顯著降低了改性氨基磺酸鹽高效減水劑成本。同時(shí)，采用變濃合成工藝，改變了最終產(chǎn)品的分子量大小構(gòu)成，提高了產(chǎn)品性能。本發(fā)明制得的改性氨基磺酸鹽高效減水劑，在摻量為膠凝材料質(zhì)量的0.35％～0.6％(按固體量計(jì))時(shí)，相應(yīng)減水率為20％～35％。所拌混凝土和易性好，不離析泌水，且對(duì)混凝土的增強(qiáng)效果明顯。本發(fā)明的改性氨基磺酸鹽高效減水劑的成本低、生產(chǎn)工藝簡單，反應(yīng)條件容易控制；可以用于配制高強(qiáng)、高性能泵送混凝土，自流平和自密實(shí)混凝土等，也可以與萘系高效減水劑復(fù)合使用配制緩凝高效減水劑、泵送劑等復(fù)合外加劑，其推廣使用有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明低成本改性氨基磺酸鹽高效減水劑的表達(dá)式為 R為-H、-CH2NHC6H4SO3、-CH2C6H4OH、C10H5SO3NaCH2x低成本改性氨基磺酸鹽高效減水劑的制備方法分為以下兩步第一步以水為溶劑，碳酸鈉作催化劑，加入苯酚及對(duì)氨基苯磺酸鈉，開始緩慢勻速滴加甲醛，甲醛溶液在2.0±0.5h內(nèi)滴加完，隨后在溶液固體百分含量35％～36％，溫度87±2℃的條件下進(jìn)行縮合，縮合反應(yīng)時(shí)間為3-4h，形成改性氨基磺酸鹽母液；上述反應(yīng)用Na2CO3調(diào)溶液pH值控制在9～10；苯酚與對(duì)氨基苯磺酸鈉的反應(yīng)物質(zhì)的摩爾比為1.18/1～1.21/1；甲醛與苯酚和對(duì)氨基苯磺酸鈉之和的反應(yīng)物質(zhì)摩爾比為1.28/1～1.31/1；第二步在第一步制得母液的基礎(chǔ)上，加入萘系高效減水劑、尿素和水，使反應(yīng)溶液固體百分含量降至31％～32％，繼續(xù)保持在87±2℃條件下進(jìn)行縮合，反應(yīng)時(shí)間為3h，反應(yīng)完畢，降溫冷卻、出料，得到濃度為31％～32％的低成本改性氨基磺酸鹽高效減水劑；上述反應(yīng)溶液pH控制在8～9；合成萘系高效減水劑(粉劑)加入量為苯酚與對(duì)氨基苯磺酸鈉質(zhì)量之和的15％～22％，尿素加入量為苯酚與對(duì)氨基苯磺酸鈉質(zhì)量之和的3％～7％。
加入的萘系高效減水劑大分子，可能進(jìn)入改性氨基磺酸鹽高效減水劑分子的主鏈，也可能進(jìn)入支鏈。因此，該高效減水劑的支鏈可能較多、較長。
實(shí)施例1將63g對(duì)氨基苯磺酸鈉、40g苯酚和水200g放入反應(yīng)容器中，加入碳酸鈉調(diào)節(jié)pH值至10，升溫至85℃后，開始滴加濃度37％的甲醛73g，控制滴加速度，在1.5-2h內(nèi)滴加完畢，隨后保持溫度87±2℃縮合3.5h。加入萘系高效減水劑(粉)20g、尿素5g及水95g，升溫并保持溫度87±2℃繼續(xù)縮合反應(yīng)3h。最后降溫，出料。
實(shí)施例2本發(fā)明制得的改性氨基磺酸鹽高效減水劑，在摻量為膠凝材料質(zhì)量的0.3％～0.6％(按固體量計(jì))時(shí)，相應(yīng)減水率為20％～35％。所拌混凝土和易性好，不離析泌水。且對(duì)混凝土的增強(qiáng)效果明。
權(quán)利要求
1.一種低成本改性氨基磺酸鹽高效減水劑其特征是該低成本改性氨基磺酸鹽高效減水劑，表達(dá)式為 R為-H、-CH2NHC6H4SO3、-CH2C6H4OH、C10H5SO3NaCH2x
2.一種制備權(quán)利要求1所述的低成本改性氨基磺酸鹽高效減水劑的方法，其特征是該制備方法分為以下兩步第一步以水為溶劑，碳酸鈉作催化劑，加入苯酚及對(duì)氨基苯磺酸鈉，開始緩慢勻速滴加甲醛，甲醛溶液在2.0±0.5h內(nèi)滴加完，隨后在溶液固體百分含量35％～36％，溫度87±2℃的條件下進(jìn)行縮合，縮合反應(yīng)時(shí)間為3-4h，形成改性氨基磺酸鹽母液；上述反應(yīng)用Na2CO3調(diào)溶液pH值控制在9～10；苯酚與對(duì)氨基苯磺酸鈉的反應(yīng)物質(zhì)的摩爾比為1.18/1～1.21/1；甲醛與苯酚和對(duì)氨基苯磺酸鈉之和的反應(yīng)物質(zhì)摩爾比為1.28/1～1.31/1；第二步在第一步制得母液的基礎(chǔ)上，加入萘系高效減水劑、尿素和水，使反應(yīng)溶液固體百分含量降至31％～32％，繼續(xù)保持在87±2℃條件下進(jìn)行縮合，反應(yīng)時(shí)間為3h，反應(yīng)完畢，降溫冷卻、出料，得到濃度為31％～32％的低成本改性氨基磺酸鹽高效減水劑；上述反應(yīng)溶液pH控制在8～9；合成萘系高效減水劑加入量為苯酚與對(duì)氨基苯磺酸鈉質(zhì)量之和的15％～22％，尿素加入量為苯酚與對(duì)氨基苯磺酸鈉質(zhì)量之和的3％～7％。
3.一種權(quán)利要求1所述的低成本改性氨基磺酸鹽高效減水劑的應(yīng)用，其特征是所述低成本改性氨基磺酸鹽高效減水劑，按固體量計(jì)，摻量為膠凝材料質(zhì)量的0.35％～0.6％時(shí)，相應(yīng)減水率為20％～35％。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低成本改性氨基磺酸鹽高效減水劑及制備方法，該氨基磺酸鹽高效減水劑在合成過程中，加入萘磺酸鹽甲醛縮合物大分子，使其參與氨基磺酸鹽高效減水劑的分子構(gòu)成；同時(shí)，通過變濃合成工藝，使該類高效減水劑分子大小分布更趨合理；該高效減水劑的摻量按固體量計(jì)為膠凝材料的0.35％～0.6％時(shí)，相應(yīng)減水率為20％～35％，所拌混凝土和易性好，不離析泌水，且對(duì)混凝土的增強(qiáng)效果明顯。本發(fā)明的改性氨基磺酸鹽高效減水劑的成本低、生產(chǎn)工藝簡單，反應(yīng)條件容易控制。可以與萘系高效減水劑復(fù)合使用配制緩凝高效減水劑、泵送劑等復(fù)合外加劑。其推廣使用有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
文檔編號(hào)C02F103/30GK1970489SQ200610105120
公開日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2006年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月5日
發(fā)明者何廷樹, 李紅俠, 徐立斌 申請(qǐng)人:西安建筑科技大學(xué)