[发明专利]碱木质素改性氨基磺酸盐高效减水剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于建筑工程中水泥、混凝土或砂浆用的高效减水剂及其制备方法，更具体地说是一种以碱木质素为原料，经改性制备的氨基磺酸盐高效减水剂。

背景技术

随着建筑事业和工程建设的不断发展，混凝土需用量与日俱增，据不完全统计，世界水泥年产量超过15亿吨，折合成混凝土应不少于45亿m³，其中我国的混凝土用量约15亿m³。目前全世界从建设工程的多快好省出发，工程结构和施工对混凝土的性能和工艺不断提出了新的要求，如提高混凝土的强度、耐磨性，改善新拌混凝土的和易性，减少混凝土运输过程中的坍落度损失等。普通混凝土已难以满足新的施工工艺要求。在混凝土中掺加外加剂是提高混凝土强度、改善混凝土各种性能的有效、简便和经济的方法。

减水剂是混凝土中用量最大的外加剂品种。高效减水剂减水率大于12％，能显著地提高混凝土强度。高效减水剂按其主要化学成分分为五类：萘磺酸盐甲醛系列(NSF)，三聚氰胺磺酸盐甲醛系列(MSF)，改性木质素磺酸盐(LS)及其衍生物，羧酸盐及聚羧酸盐(PC)等反应性高分子减水剂及氨基磺酸盐减水剂(AS)减水剂。

氨基磺酸盐高效减水剂最早在20世纪80年代末在日本得到开发和应用，其通式如(I)所示。

国外在氨基磺酸盐高效减水剂的原料选择、合成工艺、物理复配及在混凝土中的应用方面进行了大量的研究工作。

R：-H，-CH₂OH，-CH₂NHC₆H₄SO₃，-CH₂C₆H₄OH

(I)

氨基磺酸盐高效减水剂生产工艺简单，具有减水率高、在低水灰比下流动性好、混凝土坍落度大且经时损失小等优点，是国内外最有发展前途的高效减水剂之一，在国内外具有较好的发展前景。目前氨基磺酸盐高效减水剂产品在我国18个省、市生产，年产量达9.5万吨，占高效减水剂总产量的10％。但氨基磺酸盐高效减水剂在生产与应用中存在着三个方面的问题，影响其生产与推广应用：一是主要原料对氨基苯磺酸钠和苯酚均为石油工业产品，为不可再生资源，原料价格偏贵，生产成本偏高；二是在应用过程中混凝土保水性不好，离析泌水现象严重，甚至浆体板结与水分离。由于减水剂泌水大，导致混凝土泌水通道多，结构容易出现裂缝，从而对混凝土耐久性产生不利的影响；三是目前主要生产原料苯酚及甲醛，均为易挥发的有毒物质，产品往往含有较高游离苯酚或甲醛，给环境造成较大的污染，给操作人员带来危害，在目前已有的生产工艺研究中，未将其作为主要监控指标。

木质素是自然界唯一能提供可再生芳基化合物的非石油资源，它和纤维素、半纤维素是构成植物骨架的主要成分，其在陆地植物中的含量仅次于纤维素，是第二大天然有机物，估计全世界由植物生长每年可产生1500亿吨木质素。工业木质素主要来源于木材水解工业和造纸工业。碱法制浆(石灰法、烧碱法、烧碱-蒽醌法、硫酸盐法等)是我国造纸行业主要采用的制浆方法，碱木质素来自于碱法制浆废液的回收物。几乎每生产一吨纸浆就会产生一吨的酸析木质素。

木质素分子中含有酚羟基，酚羟基的邻位还存在游离的空位，具有一定的活性。据报道，木质素可代替或部分代替苯酚生产酚醛树脂和胶粘剂。木质素的反应活性尚较差，为使其更好的参与氨基磺酸盐高效减水剂的合成反应，首先须提高其反应活性。

如何增加木质素结构中活性基团含量、提高木质素的反应活性是重要的环节，其中酚化改性是有效的途径。酚化改性是指木质素与苯酚在酸性条件下进行缩合反应。据报道，酚化改性可以使木质素磺酸盐的分子量和甲氧基含量降低，酚羟基含量升高，疏水性增强和内聚力提高，从而提高活性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种碱木质素改性氨基磺酸盐高效减水剂及其制备方法。所使用的碱木质素为造纸行业碱法制浆(石灰法、烧碱法、烧碱-蒽醌法、硫酸盐法等)的回收物。

本发明的碱木质素改性氨基磺酸盐高效减水剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将碱木质素、酚类和水拌匀后，用碱性调节剂将反应体系的pH值调至8.0～10.0，升温至80～100℃后反应0.5～2h；

(2)用碱性调节剂将pH值调至9.0～11.0，加入氨基苯磺酸盐，在60～80℃下反应0.5～1h；

(3)升温至75～95℃，滴加缩合剂，滴完继续反应3～6h后降温出料。